翼型表面压强分布09-5-11更改版

翼型表面压强分布

（一） 实验目的和要求

1、测量气流攻角︒=0α，︒4，︒8，和︒12的翼型表面压强分布。

2、由压强分布计算升力系数。

3、绘制攻角︒=4α的翼型表面压强分布图。 （二） 实验装置

1. 空气动力台，NACA0021型二元翼型，斜管压差计； 2 小型风洞，NACA23015型二元翼型，多通道扫描装置。 （三） 实验装置介绍：

1. 小型风洞或气动台实验装置以及原理：（见图1）

图1 风洞与气动台实验装置原理图

其中，p 0为驻点压强或总压。当气流经收缩段进入实验段后，气流速度分布比较均匀，速度为V ∞，压强为p ∞。，称为静压或来流压强。

2 翼型模型：

对于本实验小型风洞中使用NACA23015二元翼型，其弦长C=280mm ，表面周长0s =582.8mm.。气动台中使用的NACA0021型二元翼型，其弦长C=100mm 。对于这两种翼型，测压孔的位置标示相同，参见开孔测点示意图（图2）以及各个测点具体位置，见表1，其中s 为表面曲线的孤长，从前缘的测点1起算，表中给出了各测点的x ，y ，s 值。

图型2翼型示意图

上

测点

1

2

3

4

5

6

7

8

α

1 2 3

4 5

6 7 8

9 10

11 12 13 14 x y

表 面

x/c y/c s/s 0 0 0 0 0.05 0.06 0.04 0.1 0.076 0.066 0.2 0.095 0.115 0.3 0.1

0.184 0.7 0.05

0.352 0.95 0.01 0.48 1 0 0.505 下 表 面

测点

14 13 12 11 10 9

x/c y/c s/s 0

0.05

-0.039 -0.969 0.1

-0.052 0.942 0.2

-0.062 0.892 0.3

-0.057 0.844

0.7

-0.014 0.65

0.95

-0.008 0.63

表 1 测孔位置表

气流绕翼型模型流动时，流动变得复杂起来。

在流体力学中，一般将压强用无量纲的参数——压强系数C P 来表示各个测点的压强系数值：

∞∞

∞∞==

-p p p-p V p-p C 02p 2

1

ρ

式中，,0,p p p ∞分别是测点压强，来流压强，驻点压强（总压）。其由伯努利方程

2202

1

21V p V p p ρρ+=+

=∞∞ 而来。 本实验在翼型模型上下对称布置了14个测压孔，在气动台上，将14个测点

以及总压静压用导管引出与倾斜式多管压差计相连接，便可以测量各点的压强值，由以上公式，即可计算压强系数；

在小型风洞上，用导管将测点压强以及总压静压用导管引出，接入到多通道扫描阀中。

3 多通道扫描阀：

本多通道扫描阀由50各电磁开关，2个高精度压差传感器，以及7017型数据采集模块，24v 供电电源，TLC-485-9D 接口转换器等组成。

由此，通过电磁阀对各个测点通道的开关控制，利用压差传感器将测出各测点压强与来流压强的差，以及驻点压强和来流压强的差，转化成7017型数据采集模块可以识别的电压信号，编制相应数据采集处理软件，使其还原成压差数值，从而实现了计算机的自动实时数据采集，以及相应的数据计算处理。

多通道扫描阀的工作原理如图3所示：

图3 多通道扫描阀的工作原理示意图

（四） 实验原理以及数据计算方法：

对于倾斜式多管压差计，取两个液面，则有：

θρcos )(1221l l g p p -'=- （2- 7-1）

式中，1l 和2l 是倾斜式压差计测压管液面读数满，压差传感器直接测量压差，ρ'是压差计工作液体的密度，θ是多管压差计读数板铅直偏角。 将稳压箱压强0p 和来流段压强∞p 接至测压管，根据伯努利公式

2202

1

21u p V p p ρρ+=+

=∞∞ （2- 7-2）

则有

()θρρ

ρ

cos 2

)(2

00∞∞∞-'=

-=

l l g p p V （2- 7-3）

于是 对于多管压差计有：

∞∞

∞∞∞--=--=-=

l l l l p p p p V p p Cp 0022

1ρ （2- 7-4）

所以，直接读取各个测点与总压，静压在多管压差计上的数值，即可求出各个测

点的压强系数值； 对于多通道扫描阀：

∞∞

∞--=-=

p p p p V p p Cp 022

1ρ （2- 7-5） 可通过计算机数据采集系统直接采集到各个测点与总压的差值，以及总压与静压的差值，从而得到各个测点与静压的差值，计算得到压强系数值。

升力的计算方法：

气流给予翼型的总合力在y 轴上的分量称为升力。记做F L ，紊流绕流中，粘性切应力对总合力的贡献仅占很小份额，因此，通常仅考虑压强的作用。

升力系数的定义为

A V F C L L 22

1

∞=

ρ （2- 7-6）

式中A 是升力作用面的面积，对于二元翼型，升力的作用面等于弦长C 乘于单位宽度。

升力的计算有以下两种方法

图4 翼型升力计算示意图

1、压力法

参见图4，设上表面的微面积ds ，设该面积上的压强为p ，则压力为pds ，投影到y 轴得-pdscos θ，负号表示压力方向为y 轴负向。对于下表面，合力应为正值。

因而，升力是下表面合力（正）和上表面合(负)的代数和，

FL=

⎰

(

上下

P （P -P)dx （2- 7-7）

升力系数

C L =

⎰⎰

-=-=∞∞100

2

2))/(2

12

1

ξd C C c x d PV P P C PV F P P x

L 上下上

下 （2- 7-8）

式中,C x /=ξ。积分用梯形公式计算，参见相关教材。如果令上下P P C C f -=)(ξ，

y p x θ

ds

dx