1.徐州一中综合实践活动（研究性学习）课题实施方案申报表

2.徐州一中综合实践活动（研究性学习）记录表

注：1、由课题组长指派专人负责填写，备追踪课题研究过程时使用。

   2、本表一式三份，交由年级处、指导教师、课题组长存档。

3.徐州一中综合实践活动（研究性学习）课题研究成果报告

4.大国重器-基于桌面低速风洞的C919国产大飞机空气动力设计探秘究

徐州市第一中学高一2班 李天悦

【摘要】

针对机翼设计特征与飞机飞行性能的关联性，小组成员通过三个小实验对飞机机翼设计特征与飞机飞行性能的关联性进一步了解，对C919国产飞机的设计优势有深入认识。实验结果发现在迎角为15度的实验条件下，不同机翼别面未显著影响气动性能，其中平凸翼型在减小涡流和提高升；在迎角为15度的实验条件下，不同机翼平面形状显著影响气动性能，其中梯形翼在减小涡流和提高升阻比方面求现较优；在迎角为15度的实验条件下，当襟翼从初始位置向下弯曲时，随着弯曲角度的增大，机翼所受到的阻力增大，升力增大，升阻比减小，。当襟翼从初始位置向上弯曲时，随着弯曲角度的增大，机翼所受到的阻力增大，升力增大，升阻比增大

【关键词】C919；桌面低速风洞；空气动力设计；超临界机翼；风洞试验

一、研究背景

C919大型客机是中国按照国际民航规章自行研制、具有自主知识产权的大型喷气式民用飞机，标志着中国航空工业的重大突破。空气动力学设计是决定飞机性能、经济性与安全性的核心。本研究利用桌面低速风洞，通过模拟与探究C919的缩比模型，直观揭示其卓越气动设计背后的科学原理。

二、材料与设备

1. 桌面式低速风洞（含透明实验段）

2. C919大飞机机翼高精度缩比模型

3. 数据采集与处理系统

4. 角度尺

5. 电子天平

三、实验步骤

课题一、桌面低速风洞的设计制作

具体步骤：

1. 制作实验段：按尺寸裁剪瓦楞纸板与有机玻璃板，用热熔胶拼接固定成框架，形成观测段。

2. 制作扩散段：裁剪纸板拼接成锥形结构，底部打孔用于安装测力天平，用合页连接有机玻璃与纸板。

3. 制作收缩段：按图纸裁剪纸板，拼接成收缩锥形腔体。

4. 安装整流装置：在收缩段内依次固定两层阻尼筛网，再安装蜂窝器，保证气流稳定。

5. 整体组装：按收缩段—实验段—扩散段顺序对接各部件，用热熔胶密封加固。

6. 调试检查：检查结构稳固性，确保各段连接紧密、气流通畅，完成风洞制作。课题二、风洞测力天平的制作

具体步骤：

1.切割并连接两根便捷延长杆（长145mm在下，短83mm在上），组成“L”型结构。

2.在八角三通上打孔，将其套在长杆底部，再连接一根约70mm的便捷延长杆。

3.用塑料工字钉固定在长杆顶部，并用热熔胶加固。

4.将双角挂铁固定在螺孔板底座上，再用玩具铁轴和软轴套将L型支架安装在底座上，使其可自由转动。

5.将L型支架的立杆插入风洞实验段底部圆孔，调整支架姿态，使水平杆保持水平。

6.用电子秤和硬币垫在底座和水平杆下方，使竖杆保持竖直，并用胶带固定硬币防止错位。

7.用双面胶固定水平杆和硬币，在螺孔板底座上放置重物，使天平稳定。

8.利用杠杆原理，通过电子秤读数和力臂长度，计算模型受到的升力与阻力。

课题三、探究不同机翼剖面（翼型）气动特性的差异

具体步骤：

1.裁剪翼型模板粘双面胶，沿翼型实线裁剪出不同翼型。

2.成人监护下用泡沫切割机，将翼型泡沫模板粘在5cm高密度泡沫板上切割，做好防护避免烫伤。

3.用魔术板和美工刀修整翼型泡沫模型表面，再用万能胶粘贴蒙皮处理。

4.用支撑法找到翼型重心并标记，将其几何中心固定在测力天平的塑料工字钉上，调整迎角，粘贴量角器或角度直线作参考。

5.关闭风洞有机玻璃门，用胶带密封缝隙，防止晃动影响电子秤读数。

6.打开两台电子秤调零，开启风扇，待读数稳定后记录数据。

7.代入公式计算翼型的阻力、升力和升阻比，完成不同翼型气动特性探究。

课题四、探究不同机翼平面形状对机翼气动特性的影响

具体步骤：

1.利用双面胶将不同平面形状的机翼模板粘贴在kt板上，用美工刀沿模板边缘切割，得到无弯度的薄机翼模型。

2.用支撑法找到机翼重心并标记，将测力天平的塑料工字钉插在重心处，保证每次实验的迎角一致。

3.关闭风洞有机玻璃门，用透明小胶带密封缝隙，防止门晃动影响电子秤读数。

4.打开两台电子秤并调零，开启风扇，待读数稳定后记录数据。

5.将电子秤读数代入公式，计算得到机翼的阻力、升力和升阻比。

6.更换不同平面形状的机翼，重复上述实验，对比分析不同机翼平面形状对气动特性的影响。

课题五、探究后缘襟翼角度对机翼气动特性的影响

具体步骤：

1.在翼型模板背面粘贴双面胶，用剪刀沿翼型实线裁剪，得到翼型模板和后缘襟翼模板。

2.在成人监护下，用泡沫切割机将模板粘贴在高密度泡沫板上，切割出翼型和襟翼泡沫模型，做好防护避免烫伤。

3.用魔术板和美工刀修整泡沫模型表面，再用万能胶粘贴蒙皮处理。

4.用两截牙签将襟翼模型固定在翼型泡沫模型尾部，两者间留一条窄缝。

5.用支撑法找到翼型重心并标记，将其几何中心固定在测力天平的塑料工字钉上，保证翼型迎角一致。

6.以襟翼上表面与翼型上表面光滑过渡的位置为初始0°，通过调整牙签插入角度，改变襟翼弦和襟翼初始位置的角度θ，用塑料量角器测量。

7.关闭风洞有机玻璃门，用胶带密封缝隙，防止门晃动影响电子秤读数。

8.打开两台电子秤并调零，开启风扇，待读数稳定后记录数据。

9.将电子秤读数代入公式，计算得到机翼的阻力、升力和升阻比。

10.更换不同的后缘襟翼角度，重复实验，对比分析后缘襟翼角度对机翼气动特性的影响。

四、结果与分析

 课题一结果：通过课题一学习了如何利用简易材料和工具构建一个能购产生稳定气流的桌面风洞，并使用它来测试不同机翼模型的气动功能。

课题二结果：通过此次活动，掌握测力天平的设计概念，构造及应用，以及如何通过自制的测力装置来实际测量风洞中模型受到的力。

课题三结果： 通过对比分析各翼型在特定条件下的升力、阻力及流动特性，能够理解并掌握翼型设计对飞行性能的影响，从而加深对航空科学中基础气动原理的理解和应用。

课题四结果：

通过细致分析各类机翼平面形状在测试环境中的升力系数，阻力系数及流场特性，全面理解机翼平面构型如何调节飞行性能。

本实验我们通过利用双面胶将不同平面形状的机翼模板粘贴在kt板上，用美工刀沿模板边缘切割，得到无弯度的薄机翼模型； 接着用支撑法找到机翼重心并标记，将测力天平的塑料工字钉插在重心处，保证每次实验的迎角一致；然后关闭风洞有机玻璃门，用透明小胶带密封缝隙，防止门晃动影响电子秤读数；最后打开两台电子秤并调零，开启风扇，待读数稳定后记录数据；实验结束将电子秤读数代入公式，计算得到机翼的阻力、升力和升阻比；更换不同平面形状的机翼，重复上述实验，对比分析不同机翼平面形状对气动特性的影响。

课题五结果：

本实验我们首先通过在翼型模板背面粘贴双面胶，用剪刀沿翼型实线裁剪，得到翼型模板和后缘襟翼模板；接着用泡沫切割机将模板粘贴在高密度泡沫板上，切割出翼型和襟翼泡沫模型；然后用魔术板和美工刀修整泡沫模型表面，再用万能胶粘贴蒙皮处理；用两截牙签将襟翼模型固定在翼型泡沫模型尾部，两者间留一条窄缝；这之后用支撑法找到翼型重心并标记，将其几何中心固定在测力天平的塑料工字钉上，保证翼型迎角一致；以襟翼上表面与翼型上表面光滑过渡的位置为初始0°，通过调整牙签插入角度，改变襟翼弦和襟翼初始位置的角度θ；关闭风洞有机玻璃门，用胶带密封缝隙；打开两台电子秤并调零，开启风扇，待读数稳定后记录数据；将电子秤读数代入公式，计算得到机翼的阻力、升力和升阻比；最后更换不同的后缘襟翼角度，重复实验，对比分析后缘襟翼角度对机翼气动特性的影响。

五、结论

课题三结论

通过以上实验，不同翼型对机翼气动性能的影响在迎角为15度的实验条件下，不同机翼剖面能显著影响气动性能，其中超临界翼型在减小涡流和提高升。

课题四结论

在迎角为15度的实验条件下不同机翼平面形状显著影响气动性能，其中梯形翼在减小涡流和提高升阻比方面求现较优。

课题五结论

在迎角为15度的实验条件下，当襟翼从初始位置向下弯曲时，随着弯曲角度的增大，机翼所受到的阻力增大，升力增大，升阻比减小。当襟翼从初始位置向上弯曲时，随着弯曲角度的增大，机翼所受到的阻力增大，升力增大，升阻比增大。

六、参考文献

1. 中国商飞公司. C919大型客机设计报告. 2017.

2. Ander超临界on J D. 飞机飞行力学. 航空工业出版社, 2015.

3. 王晓鹏. 风洞实验技术基础. 国防工业出版社,2018.

六、实验图片

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