一种模拟翼尖涡的装置

1.本实用新型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，具体涉及一种模拟翼尖涡的装置。


背景技术：

2.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。
3.飞机在正常飞行时产生升力的原理是机翼上下翼面的压力差，由于下翼面整体压力大于上翼面，气流在压差作用下会由下翼面往上翼面流动，从而产生翼尖涡，翼尖涡的均压作用会减小飞机升力，对于大型客机尤为显著，因此在客机的机翼上经常会看到翼尖小梢，作用就是减弱气流由下翼面向上翼面的流动，对于战机而言，经常是安装翼刀、涡流发生器或采用前缘锯齿。由于翼尖涡的重要影响，飞机做编队飞行时必须保持一定间距，在机场起降时，飞机起飞间隔有严格要求，尤其是大型客机起飞后，形成的翼尖涡尺度大，影响范围广，对于小型客机会产生极大影响，必须严格按照机场相关规则起降，否则容易造成安全事故，当然也有利用翼尖涡的，大雁飞行时，排成不同队形，保持适当距离，就是利用翼尖涡中上升气流的原理，帮助个体飞行时省功省力，从而减少能量消耗。翼尖涡作为空气动力学中的重要概念，也是实际飞行时遇到的空气动力学现象，而空气动力学作为飞行学员学习后续飞行知识和技能最先接触的飞行原理类课程，在整个体系中是打基础的。理解翼尖涡的产生原理及影响对于学员后续认识飞行中的很多飞行现象、掌握飞行训练中的实际操纵具有重要作用。而传统的课堂授课，学员看到或听到的是视频动画或理论讲解，对翼尖涡的产生原理难有更深刻的认识和感知。而现场教学，则受限于诸多条件，难于施教施训。
4.鉴于此，如何设计一种现实可行、简洁方便易用、效果及方法良好的模拟翼尖涡的装置具有重要意义。


技术实现要素：

5.为了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，为战育人，本实用新型提供一种模拟翼尖涡的装置，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重要的参考、借鉴实用价值。
6.本实用新型提出了一种模拟翼尖涡的装置，该装置包括：飞机模型、棉球、棉线、测力天平、支撑机构、风速发生装置、烟雾发生器、激光器、支座，所述飞机模型上粘贴棉线，棉线与棉球相连，飞机模型固定在测力天平上，测力天平底部与能实现俯仰角度调节的支撑机构连接，支撑机构包括垂直杆及斜撑杆，斜撑杆与垂直杆通过螺丝紧固，测力天平可测量
飞机受到的力和力矩，所述风速发生装置置于飞机模型前方，烟雾发生器于风速发生装置出口处布放，所述激光器置于飞机模型上部并与支座连接。在烟雾发生器和激光器的作用下可显示机翼表面的流场。通过流动显示，棉球运动，结合测力天平数据，将翼尖涡产生的整个过程及原理清晰、直观的展现给学员，而通过不断调整飞机模型迎角，演示翼尖涡的发展变化以及对升力的重要影响，不仅让学员对翼尖涡的产生有一个深刻理解，而且对后续实际飞行中诸多动作养成、战术训练具有良好助推效果。
7.优选的，飞机模型机身为中空式。飞机模型中空，可减轻模型重量，便于携带，同时利于实现模块化组装。
8.优选的，棉线粘贴于飞机模型的机翼翼尖处。棉线棉球质量很小，有气流流动时，跟随性较好，而飞机实际飞行时翼尖涡都是由翼尖部位产生，随着气流往下游流动扩散，棉线贴于翼尖处可以更明显的将翼尖涡由出现到扩展的过程演示出来，并借助棉球的运动将某一截面上的流动非常清晰的展现给学员。
9.优选的，测力天平为测量力和力矩的设备，飞机飞行时翼尖涡的均压作用减小了飞机升力，飞机受到的气动力矩随之发生改变，定性显示结合定量数据，帮助学员更深刻理解相关的抽象理论知识。
10.优选的，风速发生装置为可调速装置。风速发生装置具体为小微型轴流风机或小微型离心风机，采用小型或微型轴流风机或小微型离心风机，一方面可以有效降低成本，另外还考虑到作为教具使用时的便携性。当然，也可使用电风扇等风速发生装置。
11.优选的，烟雾发生器所发烟雾有色。翼尖涡产生后形态如何，怎样发展演变又是如何与机翼上的流动结构相互作用的，在有色烟雾，运动棉线、棉球与激光器发出的片光共同作用下，可将翼尖涡的产生及影响清晰、直观的展现给学员。
12.优选的，支座底部的滚轮可使激光器沿飞机模型纵轴方向移动，即激光器可沿着飞机机头至尾部方向往复移动，由于激光器发出片光暨只能打亮一个平面，而激光器的往复移动就可打亮机翼周围的整个流动状况，使翼尖涡的产生、发展以及在下游流场中流动结构的相互作用以立体的形式呈现给学员，继而更加深入掌握翼尖涡相关的知识、理论。
13.通过本实用新型的一种模拟翼尖涡的装置，通过流动显示，棉球、棉线运动，结合测力天平数据，将翼尖涡的产生原理清晰、直观的展现给学员，而通过不断调整飞机模型迎角，来流速度，演示翼尖涡逐渐增强以及对升力影响的变化过程，不仅让学员对翼尖涡的产生有一个深刻理解，而且对后续实际飞行具有良好助推效果，理论与实践相结合，提升授课效果。本装置可很好的模拟演示翼尖涡，而且具有观测方便，演示效果好，成本低，操作简单，携行性好等特点，能很好的满足教学要求。
附图说明
14.图1为模拟翼尖涡的装置组成示意图。
实施方式
15.下面结合附图，具体介绍一下本实用新型的具体实施方式。
实施例
16.一种模拟翼尖涡的装置，如图1所示，具体包括：飞机模型1、棉球2、棉线3、测力天平4、支撑机构5、风速发生装置6、烟雾发生器7、激光器8、支座9，所述飞机模型1上粘贴棉线3，棉线3与棉球2相连，飞机模型1固定在测力天平4上，测力天平4与支撑机构5连接，所述风速发生装置6置于飞机模型1前方，烟雾发生器7于风速发生装置6出口处布放，所述激光器8置于飞机模型1上部并与支座9连接。风速发生装置6采用小型离心风机。
17.演示时，调整支撑机构5（支撑机构包括垂直杆及斜撑杆，斜撑杆与垂直杆通过螺丝紧固。现有技术中只要能实现俯仰角度调节的机构均可作为本实施例的支撑机构）使飞机模型1有一定迎角，本次演示取6
°
迎角，风速发生装置6转速固定，也就是来流速度一定或飞行速度一定。将风速发生装置6放置于飞机模型1前部，使风速发生装置6出口轴线与飞机模型1纵轴共线，通过调整支座，将激光器8发出的片光置于机翼前缘位置处，在飞机模型1前部释放烟雾，在观察有色烟雾流场状态的同时，将激光器8向机翼尾部缓慢移动，此外要留意记录测力天平数据，结合流场显示及棉线3、棉球2运动详细讲述翼尖涡的产生，加深学员对知识的理解。
实施例
18.本实施例中的一种模拟翼尖涡的装置，结构与实施例1基本相同，主要区别在于：（1）风速发生装置6转速在整个演示过程中不断调整；（2）风速发生装置6采用微型轴流风机，可进一步减小风机尺寸，而且可提高风机最大风速。
19.实施时，调整支撑机构5使飞机模型迎角为6
°
，风速发生装置出口中心线与飞机模型纵轴共线，不断调整出口风速，在演示过程中，将激光器向机翼尾部缓慢移动，观察流动状态及棉线、棉球运动随来流速度变化的情况，并留意测力天平数据变化，从而让学员更好掌握翼尖涡在来流速度影响下的发展、演变。
实施例
20.本实施例中的一种模拟翼尖涡的装置，结构与实施例2基本相同，主要区别在于飞机模型迎角在演示过程中不断改变。
21.实施时，风速发生装置6出口中心线与飞机模型1纵轴共线，在调整飞机模型1迎角的同时不断调整出口风速，将激光器8由机翼前缘向机翼尾缘缓慢移动，观察流场流动状态及棉线、棉球的运动情况，并留意测力天平数据变化，由于此时飞机模型迎角、来流速度均不断变化，在流动显示技术下，可将翼尖涡的产生、演变，尤其是产生后不断与相关流动结构相互作用的过程，气动力和气动力矩变化等一系列现象演示出来，让学员更好理解迎角对翼尖涡的重要影响，为后续飞行奠定基础。
22.最后应说明的是，以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

技术特征：
1.一种模拟翼尖涡的装置，其特征在于包括：飞机模型（1）、棉球（2）、棉线（3）、测力天平（4）、支撑机构（5）、风速发生装置（6）、烟雾发生器（7）、激光器（8）、支座（9），所述飞机模型（1）上粘贴棉线（3），棉线（3）与棉球（2）相连，飞机模型（1）固定在测力天平（4）上，测力天平（4）底部与能实现俯仰角度调节的支撑机构（5）连接，所述风速发生装置（6）置于飞机模型（1）前方，烟雾发生器（7）于风速发生装置（6）出口处布放，所述激光器（8）置于飞机模型（1）上部并与支座（9）连接。2.如权利要求1所述的一种模拟翼尖涡的装置，其特征在于，所述飞机模型（1）机身为中空式。3.如权利要求1所述的一种模拟翼尖涡的装置，其特征在于，所述棉线（3）粘贴于飞机模型（1）的机翼翼尖处。4.如权利要求1所述的一种模拟翼尖涡的装置，其特征在于，所述测力天平（4）采用能测量力和力矩的测力天平。5.如权利要求1或4所述的一种模拟翼尖涡的装置，其特征在于，所述支撑机构（5）包括垂直杆及斜撑杆，斜撑杆与垂直杆通过螺丝紧固。6.如权利要求1或3所述的一种模拟翼尖涡的装置，其特征在于，所述风速发生装置（6）采用能调速的风速发生装置。7.如权利要求1所述的一种模拟翼尖涡的装置，其特征在于，所述烟雾发生器（7）采用有色烟雾发生器。8.如权利要求1或7所述的一种模拟翼尖涡的装置，其特征在于，所述支座（9）底部设有滚轮，推动支座（9）使激光器（8）沿飞机模型（1）纵轴方向移动。

技术总结
本实用新型公开了一种模拟翼尖涡的装置，包括飞机模型、棉球、棉线、测力天平、支撑机构、风速发生装置、烟雾、激光器、支座，所述飞机模型上粘贴棉线，棉线与棉球相连，飞机模型固定在测力天平上，测力天平与支撑机构连接，所述风速发生装置置于飞机模型前方，烟雾于风速发生装置出口处布放，所述激光器置于飞机模型上部并与支座连接。通过该装置中的流动显示，棉球、棉线运动，结合测力天平数据，将翼尖涡的产生原理清晰、直观的展现给学员，理论与实践相结合，提升授课效果。本装置可很好的模拟演示翼尖涡，而且具有观测方便，演示效果好，成本低，操作简单，携行性好等特点，能很好的满足教学要求。学要求。学要求。


技术研发人员：宋志杰 张保雷 王平 柳文林 郭卫刚
受保护的技术使用者：中国人民解放军海军航空大学
技术研发日：2023.05.24
技术公布日：2023/9/1