实验流体力学-1.绪论

实验流体力学绪论

实验流体力学总学时数：28 第1章 绪论 第2章 相似理论 第3章 风洞 第4章 误差理论 第5章 气动天平 第6章 气流参数测量 第7章 风洞模型实验

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第1章 绪论空气动力学实验的重要性 空气动力学实验的发展简史 空气动力学实验的基本方法 风洞实验的基本方法 本课程研究的主要内容 本课程学习的目的 典型实验课题的要求和内容

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1 空气动力学实验的重要性空气动力学理论是在实验研究的基础上形成和发展起来的 空气动力学上的重大突破，首先是实验上的重大突破阿基米德的浮力定理(公元前250年) 物体在流体中的阻力特性(达朗贝尔疑题) Prandlt的边界层理论(1904年),解决了圆柱阻力问题，使人们 认识了理想流体力学研究范围，建立了粘性流体力学的理论基础； 激波/边界层干扰 紊流结构 升力线理论 面积律 超临界翼型 前缘涡的利用和边条翼 大迎角非对称问题

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空气动力学实验的重要性空气动力学的理论计算结果必须经过实验的检验和验证。(各种假设)在翼型绕流中，涡升力的定律是否正确仍然要由实验检验 为各种飞行器的研制提供可靠的空气动数据

飞机设计、控制的空气动力数据均来源于实验“新飞机是从风洞中飞出来的” 靠经验和计算难以认识的区域高超音速 高空 高温等

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2 空气动力学实验技术发展简史人类对飞行的强烈愿望是从模仿鸟类飞行开始的(腾云驾雾， 但对飞行器的气动力几乎一无所知)。 人们开始认识到，要想飞行，首先须了解空气绕过飞行器所产 生的空气动力(升力和阻力),这就需要建造实验室及其设备， 在可控制的情况下进行实验。(飞行相对原理)。1903年，美 国莱特兄弟在自行研制的风洞(40.6×40.6cm,长1.8m,V0= 11.2-15.6m/s)实验的基础上，首次成功地实现了载人滑翔机 飞行。 本世纪20-30年代，建造了许多低速风洞，对各种飞行器研制 进行了大量的实验，从而使空气动力学实验技术和实验方法得 到了迅速的发展。很大程度上改进了飞机的气动外形，实现了 飞机动力增加不大的情况下，使飞机的飞行速度从50m/s增大 到170m/s。

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空气动力学实验技术发展简史30-40年代，建造了一批超音速风洞，使飞机在40年代末突 破了“音障”,50年代随后突破了“热障”,实现了超音速 飞行和人造卫星。 40年代末建成了跨音速风洞 50年代以后，经典的空气动力学实验技术和现代电子技术、 计算机技术、激光技术等密切结合，使实验方法、设备、技 术等得到了迅速的发展。 目前发展：高雷诺数、自修正、特种风洞(尾旋、高超高 焓)、大型等

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空气动力学实验技术发展简史国内情况30年代，清华

大学开始设计，但未能建设 50年代：首次建设成功1.5m低速风洞和 0.6m×0.6m亚、跨、超三音速风洞 目前：29基地、北京、沈阳、哈尔滨等生产基地 各高校、研究所等也具备一定的实验能力

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空气动力学实验技术发展简史新时期的特点计算机和数值计算技术的发展迅猛，使得建立在实验基 础上的数值计算可以代替一部分实验项目，但是计算机 永远不可能完全代替实验。 近年来飞机的性能越来越先进，需要解决的空气动力学 问题越来越复杂，因而对实验的要求越来越高，风洞项 目和实验时数越来越多。 随着工业空气动力学、环境科学和气象科学的发展，空 气动力学实验技术的应用范围已不局限于航空航天，已 涉及机械、农业、建筑、桥梁、车辆、舰船、生物、能 源、气象、环保、化工、体育等。如汽车风洞、气象风 洞、环保风洞、风沙风洞和大气附面层风洞等。

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3 空气动力学实验的基本方法模拟方法：用模型实验模拟原型的物理现象(要求模型与 原型遵循同样的物理规律)。根据空气与模型之间相对运动不 同方式，主要的实验方法为： 风洞实验法(飞机模型静止，空气绕过模型；容易测量和控制， 受洞壁支架干扰)。优点：测量方便、气流参数(速度、压强)易于控制且不受天气变化的 影响，实验费用低 缺点：模型流场受风洞壁面和模型支架的干扰，风洞种类需求多

风洞实验法：最易控制和测量，运行最方便，费用最低。

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空气动力学实验的基本方法飞行试验法(飞机原型或模型在大气中飞行条件 下的试验；不易测量和控制，不受洞壁支架干扰)

优点：不存在洞壁和支架干扰，可用来验证风洞实验的 可靠性，解决风洞中难以解决的问题。 缺点：试验费用高、实验条件不易控制、测量方法复杂

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空气动力学实验的基本方法携带实验法(将模型固定在以一定速度飞行的携带设备上， 使模型和空气之间产生相对运动，从而测取模型的空气动力 数据)。旋臂机：该机中间是竖立的转轴，旋臂的根部固定在转轴上，模型 安装在旋臂的短部，转轴带动旋臂在水平面内旋转，使模型和空气 之间产生相对运动。缺点：模型为圆周运动，不仅与飞机直线飞行情况不同，而且模型总是 在自身所产生的尾流中运动，流场不均匀。

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