模型飞机的空气动力学性能:DC-6B

为了评估空气动力学特性，在给定的飞行条件下，确定空气动力学系数相对于飞机姿态的变化非常重要，即攻击角度、偏航角度和滚动角度。空气动力学力平衡是一种广泛使用的方法，用于直接测量模型所体验的力和力矩。从测得的力和力矩，以及气流温度、静态压力和总压力，可以获得多个攻击角度和偏航角度的空气动力学系数。

只要满足动态相似性条件并应用适当的修正，就可以通过测试小型模型来获得全尺度物体的空气动力学特性。在不可压缩的稳定流的情况下，相关的相似性参数是基于适当的参考长度的雷诺数。

对于低速飞机，如DC-6B，空气动力学特性可以在小型低速风洞中测量，因为在相同的飞行条件下，可以匹配雷诺数。在这些条件下，人们可以获得阻力和提升对攻击角度的依赖性，α。这种对alpha的依赖可以用来评估飞机的性能。

一旦空气动力学系数被测量为多个条件和配置，例如使用两个不同的尾部几何形状，稳定性导数（dC_M/d_， dC_N/d+）， 提升斜率 （dC_L/d_），最大提升系数，最大升压比，以及其他空气动力学特性。从这些空气动力学系数中，可以确定改装或设计选择对飞机稳定性和性能的影响。

稳定性导数指示飞机是稳定还是不稳定。例如，如果飞机的攻击角度因阵风而突然增加，则飞机的反应将保持其稳定性。如果攻击角度继续无限上升，据说飞机是不稳定的。然而，如果攻击角度回到其初始值，阵风前的姿态，飞机据说是稳定的。方向稳定性也是如此;如果飞机在突然变化后返回初始偏航角度，则飞机的方向是稳定的。

在本演示中，将介绍风洞中力和力矩测量的空气动力学力平衡。为了消除支撑支柱的贡献和模型的重量，平衡将被焦油，以确保空气动力和力矩的最终结果只由飞机产生。此外，该演示还说明了尾部在传统飞机设计中的影响及其在纵向和横向飞机稳定性中的重要性。

在本演示中，测量了DC-6B型号在两种配置中的性能和稳定性特性。在一种配置中，传统的飞机尾部被连接到模型（尾部），在第二个配置中，尾部被移除，代之以圆锥体（尾部关闭）。对于每种配置，确定提升系数和阻力系数与攻击角度的变化（图3）。研究了距攻击角和β的角度的俯仰矩系数和偏航矩系数的变化（图4）。

结果表明了尾部的空气动力学效应。在图 3 中，虽然尾部增加了最大提升和阻力，但整体尾部会降低空气动力学性能。当尾部关闭时，模型纵向和方向不稳定（图 4）。因此，飞机尾部是实现稳定性所必需的，即使它可能导致飞机性能下降。

图 3.尾部和尾部配置的性能评估曲线。A） 提升系数与 α;B） 拖动系数与 +;C） 拖动极性;和 D） L/D vs *请点击此处查看此图的较大版本。

图 4.用于尾部和尾部配置的性能评估曲线。A） 间距矩系数与 α;B） Yaw 矩系数与α. 请点击此处查看此图的较大版本。

在风洞中使用空气动力学平衡测试小型模型，可以确定飞机的主要空气动力学特性。6 组分平衡测量三个力组件、提升、拖动和横向力，以及三个力矩组件、俯仰力、偏航力矩和滚动力矩。

当达到满量程物体与模型之间的动态相似性时，例如，对于不可压缩的稳流情况下，雷诺数相同，则使用小尺度模型获得的空气动力学系数适用于可以确定全尺度物体和空气动力学特性，如性能和静态稳定性。

风洞中外部平衡的力和力矩测量具有多种应用。该方法在航空航天工业中有着广泛的应用;然而，它已成功应用于许多领域的研究和开发，例如海军工程、汽车工业和土木工程。

海军工程有多种应用。例如，帆船和赛艇受到空气动力学力的显著影响，需要考虑它们对船只的影响，以优化性能。对于低速船舶设计，应考虑空气动力学力，以降低油耗并提高整体性能。

另一个受益于风洞测试的行业是汽车行业。风洞测试用于确定汽车的阻力、横向力和瞬间。现在，这是开发新车的标准做法，因为这种技术带来了更具竞争力和高效的设计。

力测量的风洞测试并不限于性能优化。在现代土木工程行业，风洞试验用于提高安全性。有高而细长的摩天大楼，受到强风的侵袭。这些阵风产生高负荷，需要在建筑设计中考虑，以避免建筑物倒塌。这也适用于桥梁，必须在风洞中进行测试以确保安全。

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