實驗力學(xué)PPTchapter13

1、第十三章第十三章 流體動力和力矩測量流體動力和力矩測量1引言引言2 氣動天平氣動天平3 機械天平機械天平4 應(yīng)變天平應(yīng)變天平5 天平元件天平元件6 天平的校準(zhǔn)天平的校準(zhǔn)7 坐標(biāo)系及轉(zhuǎn)換坐標(biāo)系及轉(zhuǎn)換8、其它天平和測力方法簡介、其它天平和測力方法簡介1、引言、引言:飛行、操控原理及相關(guān)概念簡介飛行、操控原理及相關(guān)概念簡介作用在飛行器上的空氣動力 升力 更大的重量 阻力 更小的發(fā)動機消耗飛行性能 等速直線飛行性能（基本飛行性能） 續(xù)航性能 起飛著陸性能（爬升、高度） 機動飛行性能 （穩(wěn)定性）q最大平飛速度最大平飛速度 -主要限制主要限制:推力推力=阻力阻力q最小平飛速度最小平飛速度-主要限制主要限制

2、: 升力升力=重力重力(CL=CLmax)q巡航速度巡航速度-耗油最少（同航程）耗油最少（同航程） （最大升阻比（最大升阻比+發(fā)動機的高度、速度特性發(fā)動機的高度、速度特性 ）飛機的穩(wěn)定性平衡狀態(tài)：外力與外力矩之和都為零平衡狀態(tài)常會因為各種因素的影響而遭到破壞（如燃油消耗、收放起落架、平衡狀態(tài)常會因為各種因素的影響而遭到破壞（如燃油消耗、收放起落架、收放襟翼、發(fā)動機推力改變或投擲炸彈等）。收放襟翼、發(fā)動機推力改變或投擲炸彈等）。此時，駕駛員可以通過偏轉(zhuǎn)相應(yīng)的操縱面來保持飛機的平衡，稱為此時，駕駛員可以通過偏轉(zhuǎn)相應(yīng)的操縱面來保持飛機的平衡，稱為配平配平。 飛機的縱向穩(wěn)定及俯仰操縱重心位置與靜穩(wěn)定性

3、重心位置與靜穩(wěn)定性飛機各部分的附加升力飛機各部分的附加升力 調(diào)整升降舵與之平衡調(diào)整升降舵與之平衡飛機的操縱滾轉(zhuǎn)例：單螺旋槳反作用引起滾轉(zhuǎn)力矩例：單螺旋槳反作用引起滾轉(zhuǎn)力矩調(diào)整副翼一上一下與之平衡調(diào)整副翼一上一下與之平衡飛機的操縱-偏航雙發(fā)動機單發(fā)工作時引起偏航力矩雙發(fā)動機單發(fā)工作時引起偏航力矩調(diào)整方向舵與之平衡調(diào)整方向舵與之平衡決定飛行器運動的決定飛行器運動的六個關(guān)鍵參量六個關(guān)鍵參量：升力升力（ 重力）、重力）、阻力阻力（推力）、（推力）、側(cè)向力側(cè)向力、俯仰力矩俯仰力矩、滾轉(zhuǎn)力矩滾轉(zhuǎn)力矩、偏航力矩偏航力矩 地面坐標(biāo)系地面坐標(biāo)系 機體坐標(biāo)系機體坐標(biāo)系 氣流坐標(biāo)系氣流坐標(biāo)系 航跡坐標(biāo)系航跡坐標(biāo)系

4、坐標(biāo)系坐標(biāo)系基礎(chǔ)科學(xué)問題：突出重點、分解難點、模型簡單、機理復(fù)雜二維翼型二維翼型升力系數(shù)隨攻角（迎角）的變化升力系數(shù)隨攻角（迎角）的變化攻角特性的改善攻角特性的改善機翼的三維效應(yīng)上翼面壓強低，下翼面壓強高上翼面壓強低，下翼面壓強高 - - 壓差壓差 - - 漩渦漩渦 - - 下洗下洗空氣動力系數(shù)q 升力系數(shù)升力系數(shù) Cy ( CL )q 阻力系數(shù)阻力系數(shù) Cx ( CD )流場中的受力測量Tpi多點壓力測量多點壓力測量壓力掃描閥壓力掃描閥動量法測阻力動量法測阻力模型尾部支撐（應(yīng)變天平）的形式模型尾部支撐（應(yīng)變天平）的形式模型腹部支撐的形式模型腹部支撐的形式機械天平的角度機構(gòu)機械天平的角度機構(gòu)2

5、、氣動天平、氣動天平氣動天平的分類氣動天平的分類氣動天平的分類氣動天平的分類3、機械天平、機械天平（結(jié)構(gòu)示意）（結(jié)構(gòu)示意）塔式機械天平塔式機械天平臺式機械天平臺式機械天平塔式天平塔式天平（力與力矩的分解原理）（力與力矩的分解原理）力矩平臺：力矩平臺：斜拉張線延長交于塔心斜拉張線延長交于塔心-實現(xiàn)力和力矩的分解實現(xiàn)力和力矩的分解俯仰力矩：繞俯仰力矩：繞Z軸軸偏航力矩：繞偏航力矩：繞Y軸軸滾轉(zhuǎn)力矩：繞滾轉(zhuǎn)力矩：繞X軸軸力平臺：力平臺：升力（重力）升力（重力） -升力大搖臂升力大搖臂阻力：向右阻力：向右側(cè)向力：垂直紙面?zhèn)认蛄Γ捍怪奔埫嫠教炱剿教炱剑ǚ纸庠恚ǚ纸庠恚┝仄脚_：力矩平臺：斜拉張

6、線延長交于塔心斜拉張線延長交于塔心-實現(xiàn)力和力矩的分解實現(xiàn)力和力矩的分解俯仰力矩：繞俯仰力矩：繞Z軸軸偏航力矩：繞偏航力矩：繞Y軸軸滾轉(zhuǎn)力矩：繞滾轉(zhuǎn)力矩：繞X軸軸力平臺：力平臺：升力（重力）升力（重力） -升力大搖臂升力大搖臂阻力：向右阻力：向右側(cè)向力：垂直紙面?zhèn)认蛄Γ捍怪奔埫?雙雙)臺式天平臺式天平（力與力矩的分解原理）（力與力矩的分解原理）力矩平臺：力矩平臺：俯仰力矩：左右力矩搖臂對俯仰力矩：左右力矩搖臂對滾轉(zhuǎn)力矩：垂紙力矩搖臂對滾轉(zhuǎn)力矩：垂紙力矩搖臂對偏航力矩：迎面水平張線對偏航力矩：迎面水平張線對存在氣動力對力矩的干擾存在氣動力對力矩的干擾阻力阻力-俯仰力矩、俯仰力矩、側(cè)向力側(cè)向力-滾

7、轉(zhuǎn)力矩滾轉(zhuǎn)力矩力平臺力平臺( (同塔式同塔式) )：升力（重力）升力（重力） -升力大搖臂升力大搖臂阻力：向右阻力：向右側(cè)向力：垂直紙面?zhèn)认蛄Γ捍怪奔埫?雙雙)臺式天平臺式天平（力與力矩的分解原理）（力與力矩的分解原理）力矩平臺：力矩平臺：俯仰力矩：左右力矩搖臂對俯仰力矩：左右力矩搖臂對滾轉(zhuǎn)力矩：垂紙力矩搖臂對滾轉(zhuǎn)力矩：垂紙力矩搖臂對偏航力矩：迎面水平張線對偏航力矩：迎面水平張線對存在氣動力對力矩的干擾存在氣動力對力矩的干擾阻力阻力-俯仰力矩、俯仰力矩、側(cè)向力側(cè)向力-滾轉(zhuǎn)力矩滾轉(zhuǎn)力矩力平臺力平臺( (同塔式同塔式) )：升力（重力）升力（重力） -升力大搖臂升力大搖臂阻力：向右阻力：向右側(cè)向力

8、：垂直紙面?zhèn)认蛄Γ捍怪奔埫嫦麛_機構(gòu)消擾機構(gòu)臺式天平臺式天平（消擾機構(gòu)原理）（消擾機構(gòu)原理）作用在作用在O點的阻力點的阻力Fxa,對于力矩平對于力矩平臺中心臺中心C而言，等效于一個力而言，等效于一個力Fxa和一個力矩和一個力矩FxaH2作用，該附加力作用，該附加力矩矩 在力矩搖臂輸出端產(chǎn)生多余附在力矩搖臂輸出端產(chǎn)生多余附加力加力Fxm，而移至而移至C點的阻力點的阻力Fxa通過消擾裝通過消擾裝置在力矩搖臂輸出端產(chǎn)生抵消附置在力矩搖臂輸出端產(chǎn)生抵消附加力加力Fxa，調(diào)整消擾裝置長度調(diào)整消擾裝置長度l4，使之滿足，使之滿足即可實現(xiàn)消擾！即可實現(xiàn)消擾！（書上錯了三個地方：（書上錯了三個地方：Fxa、Fx

9、m等）等）3、機械天平、機械天平（力與力矩的測量元件）（力與力矩的測量元件）3、機械天平、機械天平（特點及局限）（特點及局限）各空氣動力分量分解好，精度高；各空氣動力分量分解好，精度高；各分量間的干擾可控，故可提高準(zhǔn)度；各分量間的干擾可控，故可提高準(zhǔn)度；有較大剛度，一般不需彈性角修正；有較大剛度，一般不需彈性角修正；載荷測量范圍寬，通過調(diào)整可獲較高靈敏度；載荷測量范圍寬，通過調(diào)整可獲較高靈敏度； 環(huán)境影響小，穩(wěn)定性高；環(huán)境影響小，穩(wěn)定性高； 一般含有姿態(tài)調(diào)整裝置；一般含有姿態(tài)調(diào)整裝置；缺點：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，費用高，研制周期長，動態(tài)缺點：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，費用高，研制周期長，動態(tài)響應(yīng)差響應(yīng)差4、應(yīng)變天平、應(yīng)變

10、天平（結(jié)構(gòu)特征）（結(jié)構(gòu)特征）桿式天平桿式天平盒式天平盒式天平輪輻式天平輪輻式天平環(huán)式天平環(huán)式天平四分量天平結(jié)構(gòu)四分量天平結(jié)構(gòu)六分量天平照片六分量天平照片5、天平元件、天平元件（分解放大原理）（分解放大原理）三片變形位移一致三片變形位移一致反映測量靈敏度反映測量靈敏度法向力法向力法向力和俯仰力矩法向力和俯仰力矩法向力法向力俯仰力矩俯仰力矩5、天平元件、天平元件（分解放大原理）（分解放大原理）三片變形位移一致三片變形位移一致反映測量靈敏度反映測量靈敏度法向力法向力法向力和俯仰力矩法向力和俯仰力矩側(cè)向力和偏航力矩側(cè)向力和偏航力矩?法向力和俯仰力矩法向力和俯仰力矩測量系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)測量系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)90度度!滾轉(zhuǎn)

11、力矩元件滾轉(zhuǎn)力矩元件5、天平元件、天平元件（分解放大原理）（分解放大原理）（圓）（圓）（方）（方）軸向力元件軸向力元件5、天平元件、天平元件（分解放大原理）（分解放大原理）柱梁式組合元件柱梁式組合元件5、天平元件、天平元件法向力法向力俯仰力矩俯仰力矩側(cè)向力側(cè)向力偏航力矩偏航力矩滾轉(zhuǎn)力矩滾轉(zhuǎn)力矩總體布置總體布置5、天平元件、天平元件我們實驗中采用的天平我們實驗中采用的天平6、天平的校準(zhǔn)、天平的校準(zhǔn)某空氣動力研究機構(gòu)某空氣動力研究機構(gòu)15KN天平校準(zhǔn)設(shè)備天平校準(zhǔn)設(shè)備校準(zhǔn)通式校準(zhǔn)通式6、天平的校準(zhǔn)、天平的校準(zhǔn)工作公式工作公式7、體軸系與風(fēng)軸系、體軸系與風(fēng)軸系7、體軸系與風(fēng)軸系、體軸系與風(fēng)軸系風(fēng)軸系風(fēng)軸系體軸系體軸系軸向力系數(shù)、法向力系數(shù)、側(cè)向力系數(shù)軸向力系數(shù)、法向力系數(shù)、側(cè)向力系數(shù)滾轉(zhuǎn)力矩系數(shù)、偏航力矩系數(shù)、俯仰力矩系數(shù)滾轉(zhuǎn)力矩系數(shù)、偏航力矩系數(shù)、俯仰力矩系數(shù)壓電式天平磁懸掛天平8、其它天平和測力方法簡介、其它天平和測力方法簡介自由飛實驗自由飛實驗水星著陸倉自由飛風(fēng)洞試驗（陰影）水星著陸倉自由飛風(fēng)洞試驗（陰影）投彈自由飛風(fēng)洞試驗（多次曝光）投彈自由飛風(fēng)洞試驗（多次曝光）自由飛風(fēng)洞試驗自由飛風(fēng)洞試驗水平風(fēng)洞模型自由飛實驗水平風(fēng)洞模型自由飛實驗自由飛風(fēng)洞試