CH8-2绕流2-天平

null§8.2 力和力矩的测量§8.2 力和力矩的测量1. 动量法测量阻力实验 2. 气动天平测力实验 （1）坐标系 （2）气动力和力矩系数 （3）坐标变换 （4）气动天平分类 （5）应变天平 （6）天平校准 （7）常规测力实验§8.2 力和力矩的测量§8.2 力和力矩的测量1. 动量法测量阻力实验 根据动量定理，气流通过模型后要损失一部分动量，并且损失的动量就等于模型的阻力。因此，利用动量定理可以测量模型的型阻。动量法在低速二维风洞中被广泛应用。null以二维翼型为例，在实验段内取一控制体。其中，翼型远前方取平行于y轴的控制面Ⅰ—Ⅰ，在远离翼型下游取另一控制面Ⅲ—Ⅲ，认为控制面Ⅲ—Ⅲ处静压已经恢复到未受扰动时的静压。 即，上下控制面高度为h，取在翼型尾迹区之外。动量法测量阻力实验null单位时间内，从控制面Ⅰ－Ⅰ流入控制体的动量为单位时间内，从控制面III－III流入控制体的动量为动量定理：阻力：（认为p3 = p1）动量法测量阻力实验Jones方法：Jones方法： 习惯做法可以在离开模型后缘不远的地方取另一截面Ⅱ－Ⅱ（例如，对机翼可取0.5~1.0倍弦长）。由Ⅱ－Ⅱ截面测得的速度分布推算翼型阻力。 沿一根流管应用连续方程有：动量法测量阻力实验null动量法测量阻力实验 假定从Ⅱ－Ⅱ面到Ⅲ－Ⅲ面流动没有损失，也就是两截面之间沿流线总压不变，根据伯努利方程： 假定从Ⅱ－Ⅱ面到Ⅲ－Ⅲ面流动没有损失，也就是两截面之间沿流线总压不变，根据伯努利方程：动量法测量阻力实验对于三维非定常不可压缩流动如何用动量法测量力对于三维非定常不可压缩流动如何用动量法测量力涡量矩定理对于二维柔性物体非定常运动受力的涡量矩方法对于二维柔性物体非定常运动受力的涡量矩方法c/U = 0.5c/U = 1.0c/U = 1.5从涡环动量计算力方法涡环冲量从涡环动量计算力方法力null2. 气动天平测力实验 用空气动力天平直接测量模型上受到的空气动力载荷是风洞实验的重要内容。一般说，模型在绕流时受到的气动载荷有三个方向的气动力分量和三个方向的力矩分量，具体说是升力、阻力、侧向力和俯仰力矩、偏航力矩、滚转力矩。§8.2 力和力矩的测量(1) 坐标系：(1) 坐标系：气动天平测力实验null坐标系两种坐标系null飞行力学--------地面坐标系 计算力学--------气动力：风轴系：力矩：体轴系 机械式天平--------风轴系、半体轴系 应变天平--------体轴系 风轴系、体轴系、半体轴系： 共同点：坐标原点在重心，右手坐标系 不同点：X轴------风轴系：沿飞行方向 体轴系：沿飞机轴线坐标系气动天平测力实验气动天平测力实验(2) 气动力和力矩系数：null气动力和力矩系数气动力系数和力矩系数表示：q 为动压， s 为机翼面积， l 为机翼全展长， bA 为机翼平均气动弦(3) 坐标变换：(3) 坐标变换：由体轴系到风轴系 先绕 OZt 轴旋转角，使 OXt 轴和 OXb 轴重合， OYt 轴和 OYq 轴重合。 再绕 OYq 轴旋转角，使 OZt 轴和 OZq 轴重合气动天平测力实验null绕 OZt 轴旋转角：绕 OYq 轴旋转角：由体轴到风轴：坐标变换null说明： 在风洞试验中，气流方向与真实飞行方向相反，为了不使阻力为负数，X轴反了一个方向。坐标变换气动天平测力实验气动天平测力实验一般说，模型在绕流时受到的气动载荷有三个气动力分量和三个气动力矩分量。 气动天平可以按照测量气动力的数目来分，也可以按照气动天平的结构形式来分。(4) 气动天平分类：气动天平分类气动天平分类气动天平测力实验气动天平测力实验 概述 应变片及电桥 天平测力特点 天平总体布局(5) 应变天平：null应变天平示意图应变天平null天平元件：保证正比于（下面介绍） 应变片和胶：保证正比于R（已经学过） 电桥：保证 R~  V（已经学过） 应变天平null应变片应变天平应变片及电桥null电桥： 平衡条件： R1R4=R2R3 如果 R1=R2=R3=R4 V/V=1/4(R1/R1- R2/R2 - R3/R3+R4/R4) =1/4 K(1 - 2 - 3 +4)R3相邻臂电阻变化相同，作用相消； 相对臂电阻变化相同，作用相加。应变天平天平测力元件特点天平测力元件特点（1）法向力和俯仰力矩元件 方法一：独立测量 《1》俯仰力矩元件特点应变天平null 俯仰力矩Mz作用：1，4受压，2，3受拉，信号增强。应变天平null应变天平E 弹性模量 Wz 抗弯截面模量null法向力Y作用（Y对Mz干扰）：不可避免。 1，4受压， 2，3受拉，信号增强。 测量到的信号：Mz’=YL+Mz 俯仰力矩元件应该靠近重心，在最前面。 阻力X作用：1，2，3，4同时受压，信号抵消。 温度效应：信号抵消。应变天平null《2》法向力Y元件特点：（三片式）应变天平null应变天平null优点： 法向力Y作用：共轭梁起作用，1，4受拉； 2，3受压。信号增强。 俯仰力矩Mz作用：上下梁承担力矩。1，3 受压；2，4受拉。信号抵消。 轴向力X作用：同时受压，信号抵消。 温度效应：信号抵消。应变天平方法二：联合测量方法二：联合测量MA = Y L1 + Mz MB = Y (L1 + L2) + Mz Y= (MB - MA) / L2 Mz = MA - (MB - MA) L1 / L2 优点：方便。 缺点：误差大。应变天平（2）轴向力X元件：（2）轴向力X元件：杆式传力应变天平null依靠细长杆传力，抗干扰。应变天平（2）轴向力X元件：（2）轴向力X元件：盒式传力应变天平(4)滚转力矩Mx元件(4)滚转力矩Mx元件应变天平null45度方向贴片 中央腹板承受剪切力 抗干扰能力强应变天平null应变天平中央腹板相当于一块 b X c 截面的薄矩形板。受扭时，其最大主应力和转角为：认为三块腹板转角相同，力矩由三块腹板承担。气动天平总体布局气动天平总体布局气动外形要求：不发生堵塞，气动力干扰小。 应变片不能暴露在气流中（防止温度效应） 模型底压应变天平null典型的三分量应变天平应变天平（6）天平校准（6）天平校准分为静校和动校应变天平天平校准天平校准静校 三分量天平单元校为例 1. 静校公式 RM = KM Mz + KM-Y Y + KM-X X RY = KY-M Mz + KY Y + KY-X X RX = Kx-M Mz + KX-Y Y + KX X KX,KY,KM为主系数；KM-Y, KM-X…..为干扰系数。应变天平主系数确定主系数确定例：KY 确定 Y方向加载，X、Mz方向不加载，Y单元读数。 用最小二乘法，得出 Ry = Ky Y应变天平干扰系数确定干扰系数确定例：KY-M 确定（Mz 对 Y 干扰） Mz加载，Y、 X不加载， Y读数。 用最小二乘法，得出 RY = KY-M M应变天平Rynull静校公式 RM = KM Mz + KM-Y Y + KM-X X RY = KY-M Mz + KY Y + KY-X X RX = Kx-M Mz + KX-Y Y + KX X 工作公式 Y = A1 RY + B1 RM + C1 RX Mz = A2 RY + B2 RM + C2 RX X = A3 RY + B3 RM + C3 RX 三分量天平有3个主系数，6个干扰系数，18个二次干扰系数 六分量天平有6个主系数，30个干扰系数，126个二次干扰系数 动校—模型null（7）常规测力实验（7）常规测力实验应变天平某型号高速风洞实验大纲（纵向实验）null常规测力实验某型号高速风洞实验大纲（横向实验）升力特性升力特性常规测力实验升力线斜率升力特性升力特性常规测力实验阻力特性阻力特性常规测力实验阻力特性阻力特性常规测力实验俯仰力矩特性俯仰力矩特性常规测力实验纵向静稳定度null常规测力实验null常规测力实验舵面气动特性（1）平尾特性： （2）方向舵特性： （3）付翼特性：