CN217640488U - 一种脱体涡演示装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种脱体涡演示装置，包括飞机模型、测力天平、支撑机构、风速发生装置、烟雾、激光器、支座，飞机模型固定在测力天平上，测力天平与支撑机构连接，风速发生装置置于飞机模型前方，烟雾于风速发生装置出口处布放，激光器置于飞机模型上部并与支座连接。本装置可很好的模拟演示脱体涡，而且具有观测方便，演示效果好，成本低，操作简单，携行性好等特点，能很好的满足教学要求。

Description

一种脱体涡演示装置

技术领域

本实用新型属于飞机空气动力学和飞行力学教学领域，涉及到飞机空气动力学、飞行力学教学研究的重要手段——模拟演示，具体涉及一种脱体涡演示装置。

背景技术

模拟演示是一种增强学员直观感性认识的重要教学手段。模拟演示就是对一些实物进行逼真化。由于客观原因，飞行学员课堂教学无法将飞机实际飞行时出现的一些重要现象进行形象描述，观看视频又缺乏代入感，单独的实验教学或参观，无论是时间还是效果上都很难保证，而模拟演示可以对一些重要的飞行现象、概念、定义结合课堂授课即时教学。在流体力学发展过程中每一次理论上的突破及其工程中的应用，几乎都是从对流动现象的演示观察开始。如1880年的雷诺转捩实验，1888年的马赫激波现象实验，1904年普朗特提出边界层的概念，1912年冯卡门对圆柱体绕流涡街分析等，无一不是以演示为基础。在空气动力学发展史上，利用脱体涡产生的升力是其中一项伟大成就，一方面飞机设计从单纯吸取附着涡升力变成了既利用附着涡升力，又利用脱体涡升力，完全有别于经典的附着流型，利用了一个产生升力的新流型——脱体流型，另一方面，利用脱体涡升力是飞机气动设计的一次思想革命，对现代高性能飞机设计具有巨大的指导价值。空气动力学作为飞行学员学习后续飞行知识和技能最先接触的飞行原理类课程，在整个体系中是打基础的。理解脱体涡的产生原理对于学员后续认识飞行中的很多飞行现象、掌握飞行训练中的实际操纵具有重要作用。而传统的课堂授课，学员看到或听到的是视频动画或理论讲解，对脱体涡的产生原理难有直观的认识和感知。而现场教学，则受限于诸多条件，教学效果并不理想。

鉴于此，如何设计一种现实可行、简洁方便易用、效果及方法良好的脱体涡演示装置具有重要意义。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种脱体涡演示装置，该装置不仅适用于课堂演示教学，而且对于科普教学等也具有参考、借鉴实用价值。

为了解决传统课堂授课以及现场教学中存在的矛盾和问题，更好的为战抓教，为战育人，本实用新型提出了一种脱体涡演示装置，该装置包括：飞机模型、测力天平、支撑机构、风速发生装置、烟雾、激光器、支座，所述飞机模型的机翼可实现后掠角从0°到超过45°的变化，飞机模型固定在测力天平上，测力天平可测量飞机的升力及相关力矩，测力天平与支撑机构连接，支撑机构可调节飞机模型迎角，所述风速发生装置置于飞机模型前方，烟雾于风速发生装置出口处布放，所述激光器置于飞机模型上部并与支座连接，在烟雾和激光器的作用下可显示机翼表面的流场。通过流动显示，结合测力天平数据，将脱体涡产生的整个过程及原理清晰、直观的展现给学员，而通过不断调整飞机模型的机翼后掠角大小和飞机模型迎角，演示如何控制脱体涡产生、充分利用脱体涡的增升效果来增强实际飞行时的机动性，不仅让学员对脱体涡的产生有一个深刻理解，而且对后续实际飞行中诸多机动动作养成、战术训练具有良好助推效果。

优选的，飞机模型的机翼能从平直翼变化到后掠翼。脱体涡的产生与机翼后掠角密切相关，通过飞机模型的机身与机翼之间的活动连接和弹簧的拉紧作用，实现飞机模型机翼从0°后掠角到超过45°的变化，从而将脱体涡产生的整个变化过程演示出来，这样既可以在一个飞机模型上进行多种工况的模拟演示，降低成本，又能保证飞机模型诸多几何参数的一致性，增强演示效果的精准性。

优选的，测力天平为测量力和力矩的设备，飞机飞行时不仅会有各种气动力的作用，还会有这些气动力作用下的力矩，脱体涡产生的涡升力会使得飞机的气动力矩增大，增强飞机飞行的机动性，定性显示结合定量数据，帮助学员更深刻理解相关的抽象理论知识。

优选的，支撑机构角度可调。脱体涡的产生除了与机翼后掠角有关外，还与飞机迎角密切相关，通过支撑机构的调节实现飞机模型迎角的调整，继而将脱体涡从无到有的变化过程演示给学员，为实际飞行操纵提供指导和帮助。

优选的，风速发生装置为可调速装置。风速发生装置具体为小微型轴流风机或小微型离心风机，采用小型或微型轴流风机或小微型离心风机，一方面可以有效降低成本，另外还考虑到作为教具使用时的便携性。当然，也可使用电风扇等风速发生装置。

优选的，烟雾有色。脱体涡产生后形态如何、怎样发展演变又是如何与机翼上的流动结构相互作用的，在有色烟雾与激光器发出的片光共同作用下，可将脱体涡的产生原理及增升作用清晰、直观的展现给学员。

优选的，支座可使激光器沿飞机模型纵轴方向移动。由于激光器发出的片光只能打亮一个平面，而激光器的往复移动就可打亮飞机模型机翼前缘至尾缘的整个流动状况，使脱体涡的产生、发展以及与后部流动结构的相互作用以立体的形式呈现给学员，提升模拟演示的效果，辅助学员更加深入掌握脱体涡相关的知识、理论。

优选的，飞机模型机身为中空式。飞机模型中空，不仅利于机翼和机身的活动连接，还可减轻模型重量，便于携带，同时易于实现模块化组装。

通过本实用新型的一种脱体涡演示装置，通过流动显示，结合测力天平数据，将脱体涡的产生原理清晰、直观的展现给学员，而通过不断调整飞机模型的机翼后掠角大小和飞机模型迎角，演示如何控制脱体涡产生并利用脱体涡的增升效果来增强实际飞行时的机动性，不仅让学员对脱体涡的产生有一个深刻理解，而且对后续实际飞行中诸多机动动作养成、战术训练具有良好助推效果，理论与实践相结合，提升授课效果。本装置可很好的模拟演示脱体涡，而且具有观测方便，演示效果好，成本低，操作简单，携行性好等特点，能很好的满足教学要求。

附图说明

图1为脱体涡演示装置组成示意图。

具体实施方式

下面结合附图，具体介绍一下本实用新型的具体实施方式。

实施例1

一种脱体涡演示装置，如图1所示，具体包括：飞机模型1、测力天平2、支撑机构3、风速发生装置4、烟雾5、激光器6、支座7，其中飞机模型1固定在测力天平2上，测力天平2与支撑机构3连接，支撑机构3可调节飞机模型1的迎角，烟雾5于风速发生装置4出口处布放，激光器6置于飞机模型1上部并与支座7连接。风速发生装置4采用小型离心风机。

演示时，调整飞机模型机翼后掠角，使前缘后掠角为0°(图1中虚线位置)，即此时的机翼为平直翼，调整支撑机构使飞机模型机翼迎角大于3°，本次演示取10°迎角，风速发生装置转速固定，也就是来流速度一定或飞行速度一定。将风速发生装置放置于飞机模型前部，使风速发生装置出口轴线与飞机模型纵轴共线，通过调整支座，将激光器发出的片光置于机翼前缘位置处，在飞机模型前部释放烟雾，在观察流场的同时，将激光器向机翼尾部缓慢移动，此外要留意记录测力天平数据，由于此时机翼为平直翼，无法产生脱体涡，结合流场显示详细讲述脱体涡的产生，加深学员对知识的理解。

实施例2

本实施例中的一种脱体涡演示装置，结构与实施例1基本相同，主要区别在于：(1)飞机模型1的机翼后掠角在整个演示过程中不断调整，增大前缘后掠角但不超过45°(图1中点画线)；(2)风速发生装置4转速在整个演示过程中不断调整；(3)风速发生装置4采用微型轴流风机，可进一步减小风机尺寸，而且可提高风机最大风速。

演示时，风速发生装置出口中心线与飞机模型纵轴共线，在调整飞机模型机翼后掠角的同时不断调整出口风速，在演示过程中，增大机翼后掠角的同时不断增大风速，始终保持有效分速度不变，随后将激光器向机翼尾部缓慢移动并观察测力天平数据变化，由于此时机翼前缘后掠角始终不超过45°，依然无法产生脱体涡，结合流场显示让学员对脱体涡的产生有更加全面的了解。

实施例3

本实施例中的一种脱体涡演示装置，结构与实施例2基本相同，主要区别在于飞机模型 1的机翼后掠角超过45°(图1中实线位置)。

演示时，风速发生装置出口中心线与飞机模型纵轴共线，在调整飞机模型机翼后掠角的同时不断调整出口风速，在演示过程中，增大飞机模型机翼后掠角的同时不断增大风速，始终保持有效分速度不变，随后将激光器向机翼尾部缓慢移动并观察测力天平数据变化，由于此时机翼前缘后掠角超过45°，会产生脱体涡，在流动显示技术下，可将脱体涡的产生，尤其是产生后不断与后部流动结构相互作用，使得机翼表面流体向机翼尾部推动的能力显著增强，导致飞机升力明显增大，产生的气动力矩也会增大等一系列现象演示出来，结合流场显示与测力天平数据可让学员对脱体涡的产生及增升作用有更加全面的了解。

实施例4

本实施例中的一种脱体涡演示装置，结构与实施例3基本相同，主要区别在于调整支座 7使飞机模型1的迎角不断变化。

演示时，风速发生装置出口中心线与飞机模型纵轴共线，在调整飞机模型机翼后掠角的同时不断调整出口风速，在演示过程中，增大机翼后掠角的同时不断增大风速，始终保持有效分速度不变，随后将激光器向机翼尾部缓慢移动并观察测力天平数据变化，此时机翼前缘后掠角始终超过45°，在调整支座改变飞机模型迎角(0～10°)的过程中，脱体涡会呈现出从无到有的变化，并且迎角增大，脱体涡会越发明显，增升效果也越好。在流动显示技术下，可演示脱体涡逐步产生的过程，而脱体涡产生后随迎角的变化以及不断与后部流动结构相互作用，使得机翼表面流体向机翼尾部推动的能力显著增强，导致飞机升力明显增大，产生的气动力矩也会增大一系列现象也展现在学员面前，结合流场显示与测力天平数据可让学员对脱体涡的产生、变化以及增升有更加全面的了解。

最后应说明的是，以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种脱体涡演示装置，其特征在于，包括：飞机模型(1)、测力天平(2)、支撑机构(3)、风速发生装置(4)、烟雾(5)、激光器(6)、支座(7)，所述飞机模型(1)固定在测力天平(2)上，测力天平(2)与支撑机构(3)连接，所述风速发生装置(4)置于飞机模型(1)前方，烟雾(5)于风速发生装置(4)出口处布放，所述激光器(6)置于飞机模型(1)上部并与支座(7)连接。

2.如权利要求1所述的一种脱体涡演示装置，其特征在于，所述飞机模型(1)的机翼能从平直翼变化到后掠翼。

3.如权利要求1所述的一种脱体涡演示装置，其特征在于，所述测力天平(2)为测量力和力矩的设备。

4.如权利要求1或3所述的一种脱体涡演示装置，其特征在于，所述支撑机构(3)角度可调。

5.如权利要求1所述的一种脱体涡演示装置，其特征在于，所述风速发生装置(4)为可调速装置。

6.如权利要求2或5所述的一种脱体涡演示装置，其特征在于，所述烟雾(5)有色。

7.如权利要求1或2所述的一种脱体涡演示装置，其特征在于，所述支座(7)能使激光器沿飞机模型纵轴方向移动。

8.如权利要求1或2所述的一种脱体涡演示装置，其特征在于，所述飞机模型(1)机身为中空式。

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