文档介绍：空气动力学实验

空气动力学研究的是气体流动问题。由于在实践中的广泛应用,这方面的理论研究已较
完善。本实验通过“空气动力仪”对空气流的多个项目进行测试,使同学们能够全面、深入
地学习、理解“空气动力学”中的主要内容。

【实验目的】
1. 学习、了解“空气动力仪”的基本结构;
2. 掌握测试流动气体中各种压力的方法;
3. 验证流体力学的基本定律;
4. 了解机翼的动力学效应。

【实验原理】
1. 流体动力学的两个基本定律
(1) 连续性方程
如图 1 所示的细管中,不可压缩流体作稳恒
流动。取两个横截面,其面积分别为A1和A2。设v1
和v2是这两个横截面处流体的流速。如流体的密度
为ρ,则在dt时间内,流进A1的流体质量为ρ A1
v1dt,流出A2的流体质量为ρ A2 v2dt。由于质量守图 1
恒,则

ρ A1 v1dt = ρ A2 v2dt (1)

这就是流体的连续性方程。
理想流体是指决不可压缩、完全没有黏性的流体。虽然气体的可压缩性很大,但是就流
动的气体而言,很小的压强改变就足以导致气体的流动,不会引起密度的明显变化,所以在
研究流动的气体问题时,也可以忽略气体的可压缩性,故可认为密度ρ不随时间变化。所以
(1)式可简化为

A1 v1 = A2 v2 (2)
.
2. 伯努利方程
利用功能原理可证明,在封闭的细流管中,流体内任一点恒满足下式

1
ρρ vgyp 2 =++ 恒量(3)
2
其中 p 为绝对压力,y 为距重力势能零点的距离。

3. 流体的压力测量
流动流体中压力的可采用图 2 所示的方法进行测量。由图 2 -(1)和(2)所测得的p
为静压力;由图 2 -(3)所测得的p'为总压力,即p'= p + (1/2) ρ v2;由图 2 -(4)所测
得的压力一般称为动压力,即Δp = p'-p = (1/2) ρ v2。
由伯努利方程可推得,此时流体的流速为

Δp
v = (4)
ρ
本实验的测量装置放置在风洞中,故ρ为风洞中空气的密度,在标准状态下干燥空气的密度
为ρ= kg/m3。p为传感头测得的动压力。v为传感头所在处的风速。

(1) (2) (3) (4)
图 2

4. 航空物理知识
Fa
图3 表示绕飞机机翼截面形成的流 Fw
线。从途中可以看出,在机翼上面形成
高流速、低压力的区域;在机翼下面几
a
乎保持原来的大气压力。所以机翼在飞
行中不但受到与速度方向相反的阻力
Fw,又受到与运动方向垂直的升力Fa。在
一定的飞行速度下,两分力的大小与飞图 3
行角度α有关。

【实验仪器】
本实验可根据实验内容自行组装实验装置进行不同方面的实验项目。操作者在安装、调
试实验装置前,必须查阅实验室的相关一起使用说明。
1. 吸压式风机:该风机是本实验系统的核心。风机转速最高可达 2550 r/min,风量为 875 m3/h,
持续工作时间约为 3 min,转速改变时调整时间约为 30 s。

图 4 图 5
2. 精密压力计:见图