航空航天技术概论--实验报告
实验一、飞行原理实验
（一）实验目的
1．熟悉风洞的功用和典型构造；
2．通过烟风洞实验观察模型的气流流动情况；
3．通过低速风洞的吹风实验了解升力与迎角、相对速度之间的关系；
4．通过对不同的飞机模型进行吹风实验掌握飞机的稳定性和操纵性。
（二）实验容
1．观察翼型模型或飞机模型在烟风洞中的气流流动情况；
2．观察飞机模型的迎角大小和相对速度对升力的影响规律；
3．观察飞机模型在受到扰动失衡之后如何自动恢复到平衡状态；
4．观察飞机模型通过操纵设备来改变飞机的哪些飞行状态。
（三）实验设备
实验设备主要包括：直流式低速风洞、烟风洞、以及各种不同类型的飞机吹风模型教具。如图1-1所示是烟风洞构造示意图。烟风洞也是一种低速风洞，主要用于形象地显示出环绕实验模型的气流流动的情况，使观察者可以清晰地看出模型的流线谱，或拍摄出流线谱的照片。
1-发烟器；2-管道；3-梳状管；4-实验段；5-沉淀槽；6-烟量开关；
7-烟速调整纽；8-模型迎角调整纽；9-发烟器及照明开关
图1-1 烟风洞构造示意图
烟风洞一般由风洞本体、发烟器、风扇电动机和照明设备等组成。风洞的剖面呈矩形，为闭口直流式。烟从发烟器1产生，沿管道2流向梳状管3（很多并列的细管），烟雾通过梳状管形成一条条细的流线，流线流过实验段4时，就可以观察气流流过模型时的流动情况。烟雾流过实验段后流人沉淀槽5，最后流到风洞的外面。发烟器底部装有电加热器，把注入的矿油点燃而发烟。为了看得更清楚或方便摄影，风洞实验段后壁常漆成黑色，并用管状的电灯来照明。
如图1-2所示是一种简单的直流式风洞的构造示意图。风洞的人造风是由风扇旋转式产生的，风扇由电动机带动，调整电动机的转速，可以改变风洞中气流的流速。
1-电动机；2-风扇；3-防护网；4-支架；5-模型；6-铜丝网；7-整流格；
8-天平；9-空速管；10-空速表；11-收敛段；12-实验段；13-扩散段
图1-2 直流式低速风洞
直流式低速风洞的工作过程如下：电动机1驱动风扇2转动产生人造风，人造风首先通过收敛段11，使气流收缩，速度增大。气流通过整流格，使涡流减小，并在实验段的进口处达到希望的流速，然后再以平稳的速度通过实验段12。飞机或机翼模型就放在实验段的支架4上进行实验。气流从实验段流过扩散段13，使流速降低，能量的损失减小。最后气流通过防护网3流出风洞之外。
进行风洞实验还需要一些精密的仪器设备，如测量模型上的空气动力大小的天平8、测量气流速度的空速表10和空速管9，以及温度汁、气压计和湿度计等，另外，还需要模型表面压力分布的压力计、数据采集和处理设备以及控制风洞运行的其他设备等。
（四）实验步骤、方法及数据记录
1．实验步骤（以直流低速风洞为例）
（1）连上电源线（电源接头在设备背部），接通操作面板上的电源开关（按绿色按钮）；（2）首先转动电压调整罗盘至零位，然后打开电压和电流开关，观察电压表和电流表指示是否正常；
（3）确认电压表和电流表正常后，将需要实验的翼型模型或飞机模型放置在实验段，并固定好；
（4）转动电压调整罗盘，逐渐提高电动机功率（功率不高于140）；
（5）达到所要求的实验风速后，对翼型模型或飞机模型进行相应的操作，观察实验现象并记录实验结果；
（6）将电压调整罗盘调整至零位，电压和电流开关，关闭操作面板上的电源开关（按红色按钮），关闭电源，并将翼型模型或飞机模型放回原处。
2．实验方法
（1）将飞机模型或翼型模型置于实验段的固定位置，调整电动机功率，使实验段气流达到预定风速。
（2）分别测量在某几个迎角（取a=15 o,20 o,25 o,30 o）时升力系数Cx、阻力系数Cy 和升阻比K=Cx/Cy
迎角a 15o20 o25 o30 o
升力系数C x
阻力系数C y
升阻比K=C x/C y
3．实验数据记录
（1）记录实验时翼型模型或飞机模型的迎角的角度；
（2）记录实验时电动机功率的大小和气流的流速；
（3）记录实验现象或实验结果。
（五）思考题
1．风洞实验有何作用？
答：风洞实验的作用：是利用人造气流来进行飞机空气动力实验测试。风洞是发展航空航天事业的关键设备，风洞实验是研制飞行器的先行官，决定一架飞机或其他飞行器的飞行性能，如速度、高度等，除飞机重量、发动机推力等要素外，最重要的因素是作用于飞机的空气动力。空气动力主要决定于飞机的外形。在设计和研制飞机时，首先是设计其外形，由此就可以确定作用于飞机的空气动力并推算飞行性能。但是，这个工作只能做在最前，不能在飞机造出来以后。故风洞试验主要用于确定飞机空气动力的实验测试。
2．影响飞机升力的因素有哪些？
答：（1）机翼面积的影响；
（2）相对速度的影响；
（3）空气密度的影响；
（4）机翼剖面形状和迎角的影响.
3．什么是飞机的稳定性？飞机包括哪几个方向上的稳定性？
答：所谓飞机的稳定性，是指在飞行过程中，如果飞机受到某种扰动而偏离原来的平衡状态，在扰动消失后，不经飞行员操纵，飞机能自动恢复到原来平衡状态的特性。
飞机的稳定性包括：（1）飞机的纵向稳定性；
（2）飞机的方向稳定性；
（3）飞机的横向稳定性.
4．什么是飞机的操纵性？驾驶员如何操纵飞机的俯仰、偏航和滚转运动？
答：飞机的操纵性是指驾驶员通过操纵设备（如驾驶杆、脚蹬和气动舵面等）来改变飞机飞行状态的能力。
驾驶员如何操纵飞机的俯仰：
飞机在飞行过程中，操纵升降舵，飞机就会绕着横轴转动，产生俯仰运动。飞行员向后拉驾驶杆，经传动机构传动，升降舵便向上偏转，这时，水平尾翼上的向下附加升力就产生使飞机抬头的力矩，使飞机上仰；向前推驾驶杆，则升降舵向下偏转，使机头下俯。
驾驶员如何操纵飞机偏航：
在飞机飞行过程中，操纵方向舵，飞机则绕立轴转动，产生偏航运动。飞行员向前蹬左脚蹬，方向舵向左偏转，在垂直尾翼上产生向右的附加侧力，此力使飞机产生向左的偏航力矩，使机头向左偏转；向前蹬右脚蹬，飞机产生向右的偏航力矩，使机头向右偏转。
驾驶员如何操纵飞机的滚转运动：
飞机在飞行过程中，操纵副翼，飞机便绕着纵轴转动，产生滚动运动。向左压驾驶杆，左副翼向上偏转，右副翼向下偏转，这时左机翼升力减小，右机翼升力增大，则产生左滚的滚动力矩，使飞机向左倾转；向右压驾驶杆，则右副翼向上偏转，左副翼向下偏转，产生右滚的滚动力矩，飞机便向右偏转。
（六）实验收获（心得体会）。
通过本次飞行原理实验，使我熟悉了风洞的功用和典型构造，认识到风洞试验对发展航空航天事业的重要性。因为航空器、航天器，包括像先进的空中武器装备，比如导弹，比如
先进的隐身战斗机等等，都是需要通过风洞，通过空气动力技术去设计它、试验它。而我国作为发展中国家，要发展大飞机，要发展军用飞行器，必须要有与之相关的专家。作为当代大学生，我们应努力掌握相关方面的知识，为祖国的强大与发展做出自己的贡献。
实验二、发动机构造实验
（一）实验目的
1．熟悉航空发动机的功用和典型构造；
2．通过实验掌握燃气涡轮发动机各个部件的组成、功用。
（二）实验容
观察燃气涡轮发动机各个部件的组成，并了解和分析各部分的功用。
（三）实验设备
实验设备主要包括：活塞式航空发动机、涡喷六燃气涡轮发动机。
如图2-1所示是活塞式航空发动机示意图。活塞式航空发动机是一种燃烧汽油的往复式燃机，可带动螺旋桨高速转动而产生推力，主要由气缸、活塞、连杆、曲轴、进气活门和排气活门等组成。气缸是发动机的工作腔，油气混合气体在气缸燃烧，产生高温高压燃气推动活塞作直线运动，并带动曲轴旋转。活塞用于承受油气混合气体在燃烧时所产生的燃气压力，并将燃料燃烧后的能转变为活塞运动的机械能。连杆将活塞和曲轴连接在一起，用于传递活塞和曲轴之间的运动。曲轴将活塞的往复运动变成自身的旋转运动，并带动螺旋桨转动，使发动机产生推力。
图2-1 活塞式航空发动机结构示意图
如图2-2所示为涡轮喷气发动机结构示意图。涡轮喷气发动机由进气道、压气机、燃烧室、涡轮和尾喷管等部件组成。涡轮喷气发动机的工作过程如下：空气首先由进气道进入发动机，空气流速降低，压力升高。当气流经过压气机后，空气压力可提高几倍甚至数十倍（可高达30倍以上）。具有较高压力的空气进入燃烧室，与从喷嘴喷出的燃料充分混合，经点火后燃烧，燃料的化学能转换为能。此后，燃烧产生的高温高压气体驱动涡轮工作，高速旋转的涡轮产生机械能，带动压气机和其他附件工作。涡轮出口燃气直接在喷管中膨胀，使
燃气可用能量转变为高速喷流的动能而产生反作用力。
图2-2 涡轮喷气发动机结构示意图
（四）实验方法
实验时采用老师讲述、学生提问、老师和学生交流讨论的方式进行。
（五）思考题
1. 进气道的作用是什么？
答：燃气涡轮发动机进气道的作用：
（1）冲压恢复，尽可能多地恢复气流总压。
（2）流经进气道时具有尽可能小的流动损失。
（3）提供均匀气流，在压气机进口处具有尽可能均匀的气体流场，保证压气机正常工作。
（4）进气道引起的飞行阻力必须尽可能的小。
2. 试述轴流式压气机的主要组成和它的增压原理。
答：轴流式压气机的主要组成：进口、收缩器、导向叶片（导叶）、动叶片、转子、扩压器、出口。
增压原理：伯努利方程，气体从进口流入压气机，经收缩器时流速得到初步提高，进口导向叶片使气流改为轴向，同时还起扩压管的作用，使压力有所提高。转子在外力作用下作高速转动，固装在转子上的动叶片推动气流，使气流获得很高的流速。高速气流进入导叶，气流动能降低而压力升高，相邻导叶叶片间的通道相当于一个扩压管。气体流经每一级连续进行类似的过程，使气体压力逐渐升高。
3. 试述喷气发动机燃烧室的主要组成及各部分的功用。
答：火焰筒、燃烧室外套：火焰筒和燃烧室外套之间流小股空气冷却火焰筒壁。
喷嘴：提高燃料的雾化质量，以便使燃料与空气充分混合。
涡流器：使空气产生涡流，以便与燃料均匀混合，并在适当部位形成点火源。
4. 涡轮的作用是什么？
答：涡轮的功用是将燃烧室出口的高温、高压气体转换为机械能。轮叶片通道的形状与压气机叶片的通道正好相反。
5. 加力燃烧室的作用是什么？为什么加力燃烧室不宜长时间工作？
答：加力燃烧室的作用：
在燃气涡轮发动机中，向涡轮或风扇后的气流中喷油并燃烧，使气流温度大幅度增加，并从喷管高速排出以获得额外推力的装置。
加力燃烧室不宜长时间工作原因：
使用加力燃烧室时，燃油消耗率很大，温度也很高，因此不宜长时间工作。
6. 尾喷管的形式有哪些？什么时候采用收敛—扩散形喷管？
答：尾喷管的形式：
简单收敛式尾喷管、拉瓦尔喷管、收敛—扩散式引射喷管。当需要提供发动机的工作效率，获得更大的推力是采用收敛—扩散形喷管。
（六）实验结论或实验收获（心得体会）。
答：通过本次试验，使我们学到和掌握了燃气涡轮发动机构造和原理、理论力学、材料学等有关知识。同时，还逐步了解和掌握各种加工工艺。总之，在活动中，接触和运用的知识是非常丰富的，在老师的引导和讲解下，大大促进了我们对学好文化知识课的决心。