[发明专利]一种模拟演示螺旋桨式飞机副作用的装置

说明书

本发明公开了一种模拟演示螺旋桨式飞机副作用的装置，包括：装有螺旋桨的飞机模型、电机、升降舵、方向舵、测力天平、双轴转台、支座、风速发生装置、烟雾。通过该演示装置可直观地观察到螺旋桨滑流、反作用力矩、进动以及气流斜吹等螺旋桨式飞机副作用的产生和作用效果。通过不断调整方向舵和升降舵角度，使得测力天平的方向和俯仰力矩逐渐为零，演示如何修正、消除滑流带来的影响；通过将电机正反转和测力天平数据，展示螺旋桨反作用力矩；通过双轴转台上飞机模型的直观运动演示螺旋桨式飞机飞行中的进动现象及影响；通过有色烟雾和测力天平数据演示气流斜吹的作用。本装置将理论与实践结合，明显提升教学效果。该装置还具有观测方便，演示效果好，成本低，操作简单，携行性好等优点。

技术领域

本发明属于飞机空气动力学和飞行力学教学领域，涉及到飞机空气动力学、飞行力学教学研究的重要手段——模拟演示，具体涉及一种模拟演示螺旋桨式飞机副作用的装置。

背景技术

模拟演示是一种增强学员直观感性认识的重要教学手段。模拟演示就是对一些实物进行逼真化。由于客观原因，飞行学员课堂教学无法将飞机实际飞行时出现的一些重要现象进行形象描述，观看视频又缺乏代入感，单独的实验教学或参观，无论是时间还是效果上都很难保证，而模拟演示可以对一些重要的飞行现象、概念、定义结合课堂授课即时教学。在流体力学发展过程中每一次理论上的突破及其工程中的应用，几乎都是从对流动现象的演示观察开始。如1880年的雷诺转捩实验，1888年的马赫激波现象实验，1904年普朗特提出边界层的概念，1912年冯卡门对圆柱体绕流涡街分析等，无一不是以演示为基础。螺旋桨式飞机在实际飞行时会出现四种副作用：滑流、反作用力矩、进动以及气流斜吹。滑流是指被螺旋桨拨动而向后加速和扭转的气流，对飞机实际飞行影响很大，螺旋桨旋向不同，对飞行造成的影响也不同，需要进行相应操纵方可消除螺旋桨滑流带来的副作用，比如某初教机由于螺旋桨滑流的作用，在起飞滑跑时需要蹬左舵修正航向。螺旋桨在转动中会产生旋转阻力，旋转阻力对桨轴形成的力矩就是螺旋桨的反作用力矩，这个力矩通过发送机传给飞机，使飞机向螺旋桨旋转的反方向倾斜。对于螺旋桨式飞机来说，当飞机俯仰转动或偏转时，也就是桨轴方向改变时，会由于螺旋桨的陀螺效应产生陀螺力矩使机头绕另一个轴转动，这种现象即为螺旋桨的进动。螺旋桨式飞机在飞行时，飞行速度方向与桨轴方向不平行即气流斜着吹向螺旋桨，这种现象称为气流斜吹，在气流斜吹情况下，螺旋桨会产生拉力力矩和侧力力矩，对飞行有一定影响。飞行学员在校期间缺乏实际飞行训练，对很多飞行现象的认识主要停留在理论层面，虽然后续设有飞行训练，不过无形中会增加培养时间。传统的课堂授课，学员看到或听到的是视频动画或理论讲解，对螺旋桨多种副作用难有直观的认识和感知。而现场教学，一是时间有限，二是结合理论效果也较差。

鉴于此，如何设计一种简易可行、方便易用、演示效果直观及方法良好的模拟演示螺旋桨副作用的装置具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种模拟演示螺旋桨式飞机副作用的装置，该装置不仅适用于课堂演示教学，而且对于科普教学等也具有参考、借鉴实用价值。

为解决传统课堂授课以及现场教学中存在的矛盾和问题，更好的为战抓教，缩短人才培养时间，本发明提出了一种模拟演示螺旋桨式飞机副作用的装置，该装置包括：装有螺旋桨的飞机模型、电机、升降舵、方向舵、测力天平、双轴转台、支座、风速发生装置、烟雾，电机固定于飞机模型中，升降舵与飞机模型的水平安定面连接，方向舵与飞机模型的垂直安定面连接，升降舵与方向舵安装完成后角度均可调，测力天平与飞机模型、双轴转台连接，测力天平不仅可以测量飞机模型受到的作用力，还可测量飞机模型的力矩，双轴转台与支座连接，双轴转台带有锁紧装置，风速发生装置置于螺旋桨前方，有色烟雾放置在风速发生装置和螺旋桨之间。通过此装置，可以模拟演示螺旋桨式飞机在实际飞行时出现的滑流、反作用力矩、进动以及气流斜吹等副作用的产生、效果，结合相应的理论讲述，让学员对螺旋桨副作用的原理有一个深刻认知，为后续飞行奠定良好基础。