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. C919翼型气动探秘——不同翼型低速特性对比研究

徐州市第一中学高一14班

孟书畅、李思诺、黄昱源、蔺小雅、张嘉璇

【摘要】为探究不同飞机翼型在不同飞行迎角下的升阻比与气动性能差异，本课题自主搭建桌面低速风洞与测力天平实验平台，制作六种典型翼型模型，开展三组对照实验。结果表明：翼型升力并非随弯度增大而持续提升，适度弯度升阻比最优；45°大迎角下升阻比从高到低依次为特种翼型＞S翼型＞平凸翼型＞双凸翼型＞对称翼型＞超临界翼型；超临界翼型仅在小迎角巡航状态下优势明显，大迎角性能较差。

【关键词】翼型；升阻比；大迎角；气动性能；风洞实验

一、研究背景

在航空科技快速发展的今天，飞机机翼的气动性能直接决定了飞行效率、稳定性与安全性，而翼型是影响升力、阻力与升阻比的关键因素。升阻比越高，代表飞行器在飞行过程中能耗越低、气动效率越好，因此对不同翼型的性能研究具有重要意义。

我们发现不同形状、不同弯度的翼型，在常规飞行姿态和大迎角姿态下的表现差异很大。有的翼型适合平稳高速巡航，有的翼型则在大迎角、低速状态下更具优势。基于此，本课题通过自制床面低速风洞，对不同翼型的气动性能进行实测对比，探究翼型弯度、迎角变化对升阻比的影响，明确各类翼型的适用工况，加深对空气动力学基础原理的理解。

实验一、设计制作桌面低速风洞收缩段，实验段，扩散段。了解风洞如何模拟飞机在空气中的运动状态，以便直观比较气动特性差异。

实验二、制作风洞测力天平，用来测量飞机升力与阻力，用可靠数据来支撑实验研究。

实验三、制作各种机翼的模型，用来模拟真实飞机在空洞中的测试情况，了解在真实风洞测试中是如何评估气动特性的。

二、实验材料

1、实验材料：厚纸板，泡沫板，翼型模板（纸），热熔胶，方形小风扇，干电池。

2、实验仪器：两个电子秤，泡沫切割机

三、研究过程

课题一、翼型弯度与基础气动性能的关系研究

具体步骤

1. 实验模型准备

选取弯度梯度不同的翼型模型3组，控制模型展长、弦长、材质一致，仅改变翼型弯度参数，标记为低弯度、适度弯度、大弯度组。

2. 实验平台调试

2.1接通电源，打开风扇，保持实验气流速度稳定

2.2将电子天平（由两块电子秤组成）调平归零，作为测力装置放置于风洞测试区下方。

3. 翼型测力测试

将3组翼型模型依次固定在电子天平测力端，置于风洞稳定气流中，保持迎角为5°，待数据稳定后，记录每组模型的升力、阻力数值，计算升阻比；每组模型重复测试3次，取平均值，减少实验误差。

4. 数据整理分析

对比不同弯度翼型的升力、阻力及升阻比数据，分析翼型弯度变化对基础气动性能的影响规律。

课题二、45°大迎角工况下六种翼型升阻比差异研究

具体步骤

1. 实验模型准备

1.1裁剪超临界、双凸、平凸、对称、特种、S翼型纸模型各1个，贴在泡沫板上。

1.2用泡沫切割机沿模板轮廓进行切割，并标记名称，所有模型展长、弦长保持一致。

2. 实验装置设置

2.1保持桌面低速风洞气流速度与课题一一致，将测试迎角调节并固定为45°。

2.2再次校准电子天平，确保测力精度。

3. 分组测力测试

将六种翼型模型逐一固定在测力装置上，置于风洞45°大迎角测试位，待电子天平数值稳定后，记录每组模型的升力、阻力数据，计算升阻比；每种翼型重复测试3次，记录有效数据并取平均值。

4. 数据排序对比

整理六种翼型的升阻比数据，按数值从高到低排序，分析不同翼型在45°大迎角下的气动性能差异及优势特征。

课题三、 超临界翼型在不同迎角下的气动性能对比研究

具体步骤

1.实验模型与装置准备

1.1选取超临界翼型模型1个

1.2保持桌面低速风洞气流速度不变，分别调节测试迎角为2°、3°、4°、45°（大迎角）；校准电子天平。

2.多迎角测力测试

将超临界翼型模型固定在测力端，依次将测试迎角调节为2°、3°、4°、45°，每次调节后待气流与测力数据稳定，记录对应迎角下的升力、阻力数值，计算升阻比；每个迎角重复测试3次，取平均值作为有效数据。

3.数据对比分析

对比超临界翼型在常规巡航迎角（2°~4°）与45°大迎角下的升力、阻力及升阻比数据，分析其在不同迎角工况下的气动性能变化规律，探究翼型的工况适配性特征。

四、实验结论

课题一实验结论：

5°常规迎角下，翼型弯度并不是越大越好。适度弯度的翼型升力和升阻比表现最好，低弯度翼型升力不够，大弯度翼型会让气流提前分离，阻力大幅增加，升阻比反而变差。说明翼型弯度要和飞行场景匹配，没有适用于所有情况的最佳弯度。

课题二实验结论：

45°大迎角下，六种翼型的气动性能差别很大，升阻比从高到低依次为：特种翼型＞S翼型＞平凸翼型＞双凸翼型＞对称翼型＞超临界翼型。其中特种翼型能有效延缓气流分离，在保持升力的同时控制阻力，是这个工况下表现最好的翼型。

课题三实验结论：

超临界翼型的优势只体现在特定场景。在2°~4°的常规巡航迎角下，它的升阻比很高，气动效率好，符合其设计用途；但在45°大迎角下，它的升力大幅下降、阻力急剧增加，升阻比变得很低，远不如常规迎角下的表现。

综合三组实验能得出，翼型的气动性能和自身形状、飞行迎角都有关系，不同翼型都有自己适配的飞行场景。本次实验通过实际测试，明确了不同翼型在不同工况下的表现规律，能为低速飞行器选择翼型提供实验参考，也能帮助我们更好理解翼型设计要贴合使用场景的思路。

五、总结反思

在本次的实验过程中，我们也遇到了一些问题，比如不知道怎样将电线和接线端子的连接，于是我们向其他组求助，在得到其他组的建议与帮助后，我们成功解决了这一问题。这启示我们，遇到困难时要积极借助他人的力量，集思广益。

在组装切割机时，对于说明书上指示不清楚的地方，我们经过自己的思考，与组内成员交流，成功找到了正确的组装方式，并且优化了其使用方式。 当切割机底部发热，但金属丝却很凉的情况下，我们分析出是电池的型号不合适，于是重新购买了新的5号电池，组装上新电池后，切割机便可正常使用。 面对得到的实验数据不会分析时，我们积极借助互联网的力量，查找相关资料，集体商讨出了最后的结果。

六、参考文献

期刊类

[1] 刘沛清, 蒋崇文. 低速翼型气动特性的实验研究[J]. 航空学报, 2005(02):134-138.

[2] 张正科, 李建波. 不同弯度翼型大迎角气动性能对比分析[J]. 航空工程进展, 2018,9(03):365-372.

[3] 黄国平, 王晋军. 超临界翼型在不同迎角下的气动特性研究[J]. 实验流体力学, 2012,26(04):23-27.

书籍类

[1] 吴礼本. 空气动力学基础[M]. 北京:航空工业出版社, 2019:89-105.

[2] 童秉纲, 高正红. 飞行器空气动力学[M]. 北京:科学出版社, 2020:112-130.

桌面低速风洞的设计制作（收缩段，实验段，扩散段）

风洞测力天平的制作

完成以上两部分的制作后，我们将风洞与测力天平组装在了一起。然后，我们将电线用接线端子连接起来，插上电后，风扇成功转动。至此，基础设施搭建完成。在这个阶段，我们通过齐心协力，通力合作成功攻克了难关，两人处理一个部分，最后再进行组装。

探究不同机翼剖面（翼型）气动特性的差异这个环节分为两个部分，第一部分为不同机翼的制作，第二部分为风洞测试。在第一部分的制作中，我们首先制作了一个泡沫切割机。

切割机做好后，我们开始制作机翼，按照模板进行剪裁，再贴到泡沫板上，用切割机切割，最后用软泡沫纸将机翼包边。在经过重复操作与改进后，我们完成了六个机翼。

在第二部分的实验中，我们运用了控制变量法，重复实验法等科学研究方法，结合实验数据与在网络上查找的资料，合理利用人工智能，完成了本次实验。以下是我们的实验成果：