带动力翼段风洞实验数据分析.docx

该【带动力翼段风洞实验数据分析 】是由【科技星球】上传分享，文档一共【17】页，该文档可以免费在线阅读，需要了解更多关于【带动力翼段风洞实验数据分析 】的内容，可以使用淘豆网的站内搜索功能，选择自己适合的文档，以下文字是截取该文章内的部分文字，如需要获得完整电子版，请下载此文档到您的设备，方便您编辑和打印。带动力翼段风洞实验数据分析
 
 
1 绪论
风洞实验、数值模拟、模型或实物的外场飞行试验是空气动力学的主要研究手段，三者相互结合、相互补充、相互发展。尽管风洞实验存在一些局限性，但是有其他方法所无法比拟的优势：
（1）能精确地控制实验条件，如气流参数（流速、压力、温度等）和实验模型的姿态变化等，其模拟过程比较真实；
（2）由于实验是在室内进行的，因此受气候和时间的影响很小，而且模型和相关测试仪器的安装、操作和使用也比较方便；
（3）实验项目和实验内容的多样性高，实验的可重复性和安全性也较好。
基于上述优势，风洞实验在研究中一直处于主导地位。气流流过实物的流态的正确性以及实验数据的准确性是风洞实验的主要要求。风洞实验数据与设计方案的取舍、研制的成败息息相关。此外，风洞实验数据对于流动模型的建立、计算方法的验算方面，也有重要意义[1]。
风洞实验是一项复杂的空气动力学实验，不完善的实验方法、不精确的实验设备以及环境和实验人员的因素都会在实验过程中带来误差[2-4]，因此模型设计在风洞实验中是十分重要的一环。
2 试验模型
翼段模型
翼段设计模型见图21，风洞实验模型的翼段弦长为345mm，与基准模型相同，但由于安装在机翼后缘的动力段在偏转时会与天平支杆产生干涉，于是将翼段后缘的偏转部分分为左右两部分，因此模型的展向长度增长为830mm（比实际模型增长了50mm）。模型主体采用尼龙材料经精雕加工而成，机翼后缘的动力段偏转部分的结构采用尼龙材料经3D打印加工而成。图22为加工制作完成的风洞实验模型翼段。
 
（a）上表面 （b）下表面
图21带动力翼段风洞实验模型设计图
图22风洞实验模型翼段
涵道风扇模型
风洞实验模型动力段上的涵道风扇型号为FMS 70mmPro 12叶，其尺寸如图23所示，相关性能参数如表21所示。
图23涵道风扇尺寸
表21风洞实验模型涵道风扇参数（标牌值）
技术参数
数值
额定电压，V
25
最大电流，A
68
满载功率，W
1700
最大推力，N

重量，g
255
KV值
1900
图24为安装完成的风洞实验模型动力段。
图24风洞实验模型动力段
 
（a）动力段偏转角为0° （b）动力段偏转角为30°
图25安装完成的风洞实验模型
表22风洞实验模型各项参数
参数
数值
翼段翼型
NACA4415
弦向长度，mm
345
展向长度，mm
830
重量（带涵道风扇），kg
13
制造材料
尼龙
加工方式
3D打印、精雕
模型受力分析
通过估算风洞实验模型对天平校心产生的最大力的数值，选取天平支杆的型号。模型所受的力如图26所示：
图26风洞模型受力分析图
把翼段以及布置在翼段上的动力段看作一个整体，其升力、阻力、俯仰力矩、涵道风扇推力、重力均会对天平支杆产生作用。
对于升力：
(1-1)
式中：
——大气密度/kg ·m-3，此处取；
——来流速度/m·s-1，；
——参考面积/m2，此处；
——升力系数，其值对照图27选取。
图27模型升力系数曲线
此外，还需要考虑由于机翼后缘动力段偏转造成的升力系数增量，将其等同为一种增升装置，参考增升装置的近似升力贡献值，[60]。则有：
(1-2)
对于阻力：
(1-3)
式中：
——阻力系数，具体数值由图28选取；
、、的定义与取值与式(1-1)相同，则有：
(1-4)
图28模型阻力系数曲线
对于俯仰力矩：
(1-5)
式中：
——翼段的弦长/m，；
——俯仰力矩系数，具体数值由图29选取。
图29模型俯仰力矩系数曲线
则有：
(1-6)
升力、阻力均作用于压力中心，压力中心位置
(1-7)
式中：
——焦点位置，取；
——升力系数为0时的俯仰力矩系数；
——迎角为时的升力系数。
、的值通过Profili软件作图后选取，如图210、图211所示，于是可以求得翼段在不同迎角下的压力中心位置。
(1-8)
于是可算出在15°迎角时的压力中心位置：
(1-9)
图210NACA4415翼型升力、阻力系数曲线
图211NACA4415翼型升阻比、力矩系数曲线
根据表21中涵道风扇的推力标牌值，动力段在满油门时产生的最大推力
(1-10)
推力方向可以偏转，且其在风洞实验中的最大偏转角为40°。
，考虑到其上安装的各种连接件，线路等，取其质量为13kg，所以其重力
(1-11)
重心位置的坐标为：
(1-12)
(1-13)
天平支杆在竖直方向受到的力可以表示为：
(1-14)
式中：
——涵道风扇偏转角/(°)。
由上式可知，当迎角增大，涵道风扇油门、偏转角增大时，天平在竖直方向所受力的值会增大，因此当迎角达到15°，涵道风扇满油门，偏转角40°时该值达到最大。所以天平支杆在竖直方向受到的力的最大值为：
(1-15)
天平支杆在水平方向受到的力可以表示为：
(1-16)
所以当来流速度为