[发明专利]一种多功能空气动力学实验装置及教学方法

说明书

本发明公开了一种多功能空气动力学实验装置及教学方法，一种多功能空气动力学实验装置，包括风机、设于所述风机上的壳体、设于所述壳体上的亚克力面板及设于所述壳体上的实验模块;所述实验模块包括皮托管测风速实验模块、卡门涡街实验模块、飞行器头部阻力优选实验模块及翼型升力测试实验模块。

技术领域

本发明属于风洞实验技术领域，尤其是涉及一种多功能空气动力学实验装置及教学方法。

背景技术

自2016年以来，国内外小型无人机行业发展呈爆发态势，对无人机研发设计人才需求旺盛。相较之下，大中专院校新开设的无人机专业的配套实验仪器设备明显滞后，不能适应目前的教学需求。

《空气动力学》是无人机设计的一门重要的专业基础课，对于培养无人机专业学生“厚基础，宽口径”的教学理念起到重要作用。由于本课程与高等数学联系紧密，加之空气具有“看不见、摸不着、流动机理偏抽象”等客观不利条件，造成学生学习难度较大。若能适当增加实验教学环节，则对学生的感性认识的提高及巩固理论学习效果大有裨益，最终达成课程要求的教学目标。

目前市面有关空气动力学的实验设备多采用风洞，其造价动辄上百万，对于教学经费不充裕的无人机专业院校来讲，实验成本过高，难以完成空气动力学的相关实验。不仅如此，对于传统风洞，由于学生人数多而风洞数量少，往往一个班的学生面对的是一台风洞设备，学生不易做到独立进行空气动力学相关实验，难以形成直观认识。

发明内容

本发明为了克服现有技术的不足，提供一种多功能空气动力学实验装置及教学方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种多功能空气动力学实验装置，包括风机、设于所述风机上的壳体、设于所述壳体上的亚克力面板及设于所述壳体上的实验模块；所述实验模块包括皮托管测风速实验模块、卡门涡街实验模块、飞行器头部阻力优选实验模块及翼型升力测试实验模块。

进一步的，所述皮托管测风速实验模块包括压力传感器和皮托管；所述压力传感器位于壳体上顶面；皮托管固定在压力传感器的侧端。

进一步的，所述卡门涡街实验模块包括圆柱体、阻力传感器及阻力连接杆；所述阻力传感器位于壳体上顶面；阻力连接杆上端端部固定在阻力传感器的侧端；圆柱体固定在阻力连接杆的下端端部。

进一步的，所述飞行器头部阻力优选实验模块包括钝头体、锥头体、平头体、阻力传感器及阻力连接杆；钝头体、锥头体或平头体固定连接在阻力连接杆的下端端部。

进一步的，所述翼型升力测试实验模块包括固定板、升力传感器、角度控制器、升力连接杆、角度步进电机、NACA0012翼型、主翼面、连接杆及侧翼面；所述固定板位于壳体上；升力传感器位于固定板上；角度控制器位于壳体的端部；升力连接杆与升力传感器底部固定连接；角度步进电机固定在升力连接杆上；NACA0012翼型位于升力连接杆底部；NACA0012翼型分为主翼面和侧翼面；连接杆与角度步进电机相连。

进一步的，所述翼型升力测试实验模块包括固定板、升力传感器、角度控制器、升力连接杆、角度步进电机、NACA0012翼型、主翼面、连接杆及侧翼面。

所述皮托管测风速实验方法包括：S1：将三个亚克力面板安装在壳体前、上、后壁上，压力传感器固定连接在皮托管的上端端部，将压力传感器固定在壳体的上顶面边界与亚克力面板之间，使皮托管的下端处于壳体内部中心位置；S2：打开风机；S3：待风速稳定后，读取压力传感器上的数值；S4：根据伯努利方程计算出风机的风速值。