CN218038370U - 一种飞机纵向静稳定性低速动态演示装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种飞机纵向静稳定性低速动态演示装置。该装置包括：飞机模型，包括：机头、机身、机尾、机翼、小水平尾翼或大水平尾翼、水平尾翼转动轴、水平尾翼滑动轴、中心滑动轴、重量模块、发动机、垂直尾翼；连接支撑装置，用于支撑固定所述的飞机模型；均匀风场装置，用于为所述的飞机模型提供均匀风场。本实用新型装置可以为研究飞机低速动态纵向静稳定性提供实验数据，使飞机抽象的纵向静稳定性问题变得形象化、具体化。装置结构简单，试验操作简单、使用方便，可以让学生在理论学习的基础上开展科学实践研究，提高学生的动手实践创新能力；也可用作科普活动的演示道具，通过缩比模型直观展示飞机低速飞行稳定性的科学原理。

Description

一种飞机纵向静稳定性低速动态演示装置

技术领域

本实用新型属于飞机静稳定性设计与验证实验装置领域，设计了一种可以动态显示飞机纵向静稳定性的实验演示装置。

背景技术

随着我国航空航天事业的蓬勃发展，航空航天类高技术人才的需求也在逐年增大，相关专业的人才培养和专业知识的直观演示实验越来越受到关注。各高校航空航天类专业在《航空航天概论》、《空天工程导论》、《空气动力学》等课程中关于飞机纵向静稳定性的介绍过程中并无一种智慧教具来演示本知识点的相关内容，以实现将复杂的理论原理通过实验手段直观的展示出来，便于直观形象的理解和掌握。同时面向广大青少年、航空航天爱好者，如何提供一种用于航空航天类科普活动的演示纵向静稳定性专业知识的科普实验装置，也是亟待解决的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于解决上述缺少一款智慧教具用来教学、科研、科普的问题，以实现飞机纵向静稳定性的低速流场动态演示。

本实用新型提供的一种飞机纵向静稳定性低速动态演示装置，可以通过调节飞机水平尾翼转动轴、移动重量模块在中心滑动轴的位置以及移动水平尾翼滑动轴的位置、更换水平尾翼来改变飞机水平尾翼的攻角、模型飞机的重心、水平尾翼到重心的距离以及尾翼面积，从而实现飞机纵向静稳定的调节、控制和改变，以实现动态演示飞机纵向静稳定性的变化规律和变化过程，生动直观形象的展示飞机纵向静稳定性原理，用于教学，科研，科普等多个领域，可以向大中小学生、青少年、航空航天爱好者展示飞机纵向静稳定性的科学知识。

本实用新型的技术方案如下：一种飞机纵向静稳定性低速动态演示装置，包括：

飞机模型，包括：机头、机身、机尾、机翼、小水平尾翼或大水平尾翼、水平尾翼转动轴、水平尾翼滑动轴、中心滑动轴、重量模块、发动机、垂直尾翼；

所述机头、机身、机尾组合为内部中空的腔体，所述的小水平尾翼或大水平尾翼连接在水平尾翼转动轴上，位于机身尾部两侧；所述的水平尾翼滑动轴、中心滑动轴分别插入机身内部，与机身内部结构胶粘固定；水平尾翼转动轴根据演示需要，可分别与小水平尾翼或大水平尾翼连接成一体，小水平尾翼或大水平尾翼直接从两侧穿插在水平尾翼转动轴上，水平尾翼转动轴的中心与水平尾翼滑动轴连接，水平尾翼转动轴的中心沿着水平尾翼滑动轴前后向移动；所述的重量模块与中心滑动轴连接，可在其上沿着前后向滑动；机尾的壳体为柔性橡胶软体结构，从中间缝隙分离，壳体分为上下两部分，水平尾翼转动轴带动小水平尾翼或大水平尾翼沿着水平尾翼滑动轴前后向移动，小水平尾翼或大水平尾翼同时能够绕着水平尾翼转动轴向上或向下偏转，机尾的壳体随着水平尾翼转动轴的移动自动自适应变形。

连接支撑装置，用于支撑固定所述的飞机模型；

均匀风场装置，用于为所述的飞机模型提供均匀风场。

作为优选的，所述的连接支撑装置包括平板底座、斜支杆、竖直支杆、支撑横梁及旋转连接支座，平板底座一侧的中心固定安装竖直支杆，其同侧的两端固定安装斜支杆，支撑横梁连接在竖直支杆顶端；旋转连接支座连接在机身重心所在轴线上方；

作为优选的，所述平板底座上的斜支杆、竖直支杆、支撑横梁均为不锈钢材质；

作为优选的，竖直支杆插入平板底座上的小孔进行固定；斜支杆插入平板底座上小孔，顶端与竖直支杆顶端连接(如焊接)成一体；支撑横梁与竖直支杆顶端连接(如焊接)成一体；

作为优选的，所述机头、机身、机尾、机翼、小水平尾翼、大水平尾翼、发动机均为泡沫材质；机头与机身前端连接(如胶水连接)成一体；机翼与机身两侧连接(如胶水连接)成一体；发动机分别与两侧机翼下方连接(如胶水连接)成一体；机尾与机身后端连接(如胶水连接)成一体；小水平尾翼或大水平尾翼的前缘穿插在水平尾翼转动轴上，跟随着水平尾翼转动轴同步运动；

作为优选的，所述水平尾翼转动轴、水平尾翼滑动轴、中心滑动轴均为截面方形的碳纤维材质；中心滑动轴穿过重量模块中心的小孔插入机身内部中心位置固定；水平尾翼滑动轴插入机身内部，与机身内部结构胶粘固定；水平尾翼转动轴与小水平尾翼或大水平尾翼顶端连接(如胶水连接)成一体，与水平尾翼滑动轴连接。

本实用新型的优点在于：

1、弥补了飞机纵向静稳定性现场演示教学、科普、科研用具的空缺。根据前期的调研，各个高校的航空航天专业在《航空航天概论》、《空天工程导论》、《空气动力学》、《飞行力学》等课程中，对于讲授飞机在飞行过程中飞机受到气流扰动之后，纵向静稳定性调节和改变的相关理论知识的过程中，并没有相关的模型装置能够使此知识点能够生动直观清楚地展现在同学们面前，而本实用新型可以弥补了这一方面的空缺，使得专业课上的相关理论知识能够生动有趣地展现，激发同学们的学习兴趣，培养学生对航空飞机专业知识的热爱。

2、可同时通过重心移动、水平尾翼面积大小调整、水平尾翼位置移动、水平尾翼攻角改变等多元调节方法实现纵向静稳定性调节和改变的直观演示。本实用新型可同时调节模型飞机的多个部件，改变模型飞机的结构参数，从而改变模型飞机的结构设计。本实用新型可同时调节水平尾翼转动轴、移动重量模块在中心滑动轴的位置以及移动水平尾翼滑动轴的位置来改变飞机水平尾翼的攻角、模型飞机的重心以及水平尾翼到重心的距离，使模型飞机产生恢复力矩，通过多元调节从而改变或调整飞机的纵向静稳定性的直观演示。

3、本实用新型设计的结构非常简洁，使用简单，安装方便，且易于维护且成本低。通过前期实验，模型飞机的质量太大，导致均匀风场对其造成的扰动影响太小，使得教学演示过程中飞机的纵向不稳定效果不太明显，影响教学、科普等功能的演示效果。因此，采用碳纤维来制作中心滑动轴，水平尾翼滑动轴以及转动轴，采用塑料模块作为重量模块来减轻整体质量。采用泡沫，碳纤维和塑料作为主要材料，并进一步优化了制作步骤，使得后续制作难度大大降低。

4、增强学生、青少年在课堂、科普活动中的参与性，为学生提供更多专业实践锻炼机会。航空航天专业是一个理论与实践高度综合的学科，在讲解、科普理论知识的同时，本实用新型的动态演示装置可以进一步培养学生利用相关专业知识解决实际问题的能力。本实用新型结合了专业理论知识与实践运用需求设计的一种智慧教学演示用具，在《航空航天概论》、《空天工程导论》、《空气动力学》、《飞行力学》等课程中可以很好地为学生提供了一个学以致用的实践机会，让学生能够更好地理解课上所学的专业知识，同时增强自己的动手能力，让学生在参与课堂的同时有了更多的实践机会，同步在社会航空航天科普活动中提升青少年的的探索科学知识的兴趣和热情。

附图说明

图1为本实用新型一种飞机纵向静稳定性低速动态演示装置的布局示意图；

图2为本实用新型一种飞机纵向静稳定性低速动态演示装置的内部示意图；

图3为本实用新型一种飞机纵向静稳定性低速动态演示装置的小水平尾翼后移示意图；

图4为本实用新型一种飞机纵向静稳定性低速动态演示装置的机尾大水平尾翼前移示意图；

图5为本实用新型一种飞机纵向静稳定性低速动态演示装置的机尾大水平尾翼后移示意图；

图中序号说明如下：

1-平板底座

2-斜支杆

3-竖直支杆

4-支撑横梁

5-旋转连接支座

6-均匀风场

7-机头

8-机身

9-机尾

10-机翼

11-小水平尾翼

12-水平尾翼转动轴

13-水平尾翼滑动轴

14-大水平尾翼

15-中心滑动轴

16-重量模块

17-发动机

18-垂直尾翼

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本实用新型各实施方式中，为了使读者更好地理解本实用新型而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本实用新型所要求保护的技术方案。

本实用新型为一种飞机纵向静稳定性低速动态演示装置，如图1、图2、图3、图4、图5所示，它包括平板底座1、斜支杆2、竖直支杆3、支撑横梁4、旋转连接支座5、均匀风场6、机头7、机身8、机尾9、机翼10、小水平尾翼11、水平尾翼转动轴12、水平尾翼滑动轴13、大水平尾翼14、中心滑动轴15、重量模块16、发动机17。

所述平板底座1为木质平板，其尺寸为400mm×300mm×40mm；斜支杆2、竖直支杆3、支撑横梁4均为直径为3mm的不锈钢圆柱，竖直支杆3长度为400mm，斜支杆2长度为600mm，支撑横梁4长度为300mm；竖直支杆3插入平板底座1一侧距木板边缘10mm处中心位置上的小孔进行固定；斜支杆2插入平板底座1同侧距木板边缘10mm处两端小孔，顶端与竖直支杆3顶端连接(如焊接)成一体；支撑横梁4与竖直支杆3顶端连接(如焊接)成一体；

所述机头7、机身8、机尾9、机翼10、小水平尾翼11、大水平尾翼14、发动机17均为泡沫材质；机头7与机身8前端连接(如胶水连接)成一体；机翼10与机身8两侧连接(如胶水连接)成一体；发动机17分别与两侧机翼10下方连接(如胶水连接)成一体；机尾9与机身8后端连接(如胶水连接)成一体；大水平尾翼14与机尾9后端连接(如胶水连接)成一体；

所述水平尾翼转动轴12、水平尾翼滑动轴13、中心滑动轴15均为直径为3mm的碳棒，水平尾翼转动轴12长度为60mm，中心滑动轴15长度为350mm，水平尾翼滑动轴13 长度为550mm；重量模块16为不锈钢材质，其尺寸为30mm×30mm×30mm；中心滑动轴 15穿过重量模块16中心的小孔插入机身8内部中心位置固定，使重量模块16能在机身8 内部前后移动；水平尾翼滑动轴13插入机身8内部中心位置固定；水平尾翼转动轴12与大水平尾翼14前缘通过预制的方形通孔穿插连接，中心与水平尾翼滑动轴13连接，使得水平尾翼转动轴12连同大水平尾翼14可在水平尾翼滑动轴13上。

本实用新型的一种飞机纵向静稳定性低速动态演示装置，具体操作步骤：

步骤一：将平板底座1、斜支杆2、竖直支杆3、支撑横梁4按设计与实验要求组装连接，以形成该装置的连接支撑装置。

步骤二：旋转连接支座5穿过支撑横梁4，模型飞机实现纵向静稳定。

步骤三：将均匀风场6置于机头7下方，沿着机身前后方向指向机头7，打开均匀风场6，模型飞机纵向静不稳定。

步骤四：调节转动水平尾翼转动轴12，增加或减小大水平尾翼14的攻角，观察模型飞机的姿态特征，使得模型飞机再次实现纵向静稳定。

步骤五：调节水平尾翼转动轴12至初始状态，模型飞机纵向静不稳定，移动中心滑动轴15上的重量模块16，使模型飞机重心前移或后移，观察模型飞机的姿态特征，使得模型飞机再次实现纵向静稳定。

步骤六：调节中心滑动轴15上的重量模块16至初始状态，模型飞机纵向静不稳定，通过水平尾翼滑动轴13移动大水平尾翼14的前后向位置，观察模型飞机的姿态特征，使得模型飞机再次实现纵向静稳定。

步骤七：移动大水平尾翼14的至初始位置，模型飞机纵向再次静不稳定，通过水平尾翼转动轴12，将大水平尾翼14更换成小水平尾翼11，并通过水平尾翼滑动轴13移动小水平尾翼11的前后向位置，观察模型飞机的姿态特征，使得模型飞机再次实现纵向静稳定。

步骤八：调节转动水平尾翼转动轴12，增加或减小小水平尾翼11的攻角，同步通过水平尾翼滑动轴13移动小水平尾翼11的前后向位置，观察模型飞机的姿态特征，试验测试模型飞机纵向静稳定性的变化规律和响应速度。

Claims (6)

1.一种飞机纵向静稳定性低速动态演示装置，包括：飞机模型，包括：机头、机身、机尾、机翼、小水平尾翼或大水平尾翼、水平尾翼转动轴、水平尾翼滑动轴、中心滑动轴、重量模块、发动机、垂直尾翼；其特征在于：所述机头、机身、机尾组合为内部中空的腔体，所述的小水平尾翼或大水平尾翼连接在水平尾翼转动轴上，位于机身尾部两侧；所述的水平尾翼滑动轴、中心滑动轴分别插入机身内部，与机身内部结构固定；水平尾翼转动轴可分别与小水平尾翼或大水平尾翼连接成一体，小水平尾翼或大水平尾翼直接从两侧穿插在水平尾翼转动轴上，水平尾翼转动轴的中心与水平尾翼滑动轴连接，水平尾翼转动轴的中心沿着水平尾翼滑动轴前后向移动；所述的重量模块与中心滑动轴连接，可在中心滑动轴上沿着前后向滑动；机尾的壳体为柔性橡胶软体结构，壳体分为上下两部分，可从中间缝隙分离，水平尾翼转动轴带动小水平尾翼或大水平尾翼沿着水平尾翼滑动轴前后向移动，小水平尾翼或大水平尾翼能够同时绕着水平尾翼转动轴向上或向下偏转，机尾的壳体随着水平尾翼转动轴的移动自动自适应变形；以及

用于支撑固定所述的飞机模型的连接支撑装置；

用于为所述的飞机模型提供均匀风场的均匀风场装置。

2.根据权利要求1所述的一种飞机纵向静稳定性低速动态演示装置，其特征在于：所述的连接支撑装置包括平板底座、斜支杆、竖直支杆、支撑横梁及旋转连接支座，平板底座一侧的中心固定安装竖直支杆，其同侧的两端固定安装斜支杆，支撑横梁连接在竖直支杆顶端；旋转连接支座连接在机身重心所在轴线上方。

3.根据权利要求2所述的一种飞机纵向静稳定性低速动态演示装置，其特征在于：所述平板底座上的斜支杆、竖直支杆、支撑横梁均为不锈钢材质。

4.根据权利要求1所述的一种飞机纵向静稳定性低速动态演示装置，其特征在于：竖直支杆插入平板底座上的小孔进行固定；斜支杆插入平板底座上小孔，顶端与竖直支杆顶端连接成一体；支撑横梁与竖直支杆顶端连接成一体。

5.根据权利要求1所述的一种飞机纵向静稳定性低速动态演示装置，其特征在于：所述机头、机身、机尾、机翼、小水平尾翼或大水平尾翼、发动机均为泡沫材质；机头与机身前端连接成一体；机翼与机身两侧连接成一体；发动机分别与两侧机翼下方连接成一体；机尾与机身后端连接成一体；小水平尾翼或大水平尾翼的前缘穿插在水平尾翼转动轴上，小水平尾翼或大水平尾翼能够同时绕着水平尾翼转动轴向上或向下偏转。

6.根据权利要求1所述的一种飞机纵向静稳定性低速动态演示装置，其特征在于：所述水平尾翼转动轴、水平尾翼滑动轴、中心滑动轴均为截面方形的碳纤维材质。

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