桌面低速风洞的C919国产大飞机
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
课题名称 |
桌面低速风洞的C919国产大飞机 |
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课 题 组 成 员 及 有 关 情 况 |
姓名 |
性别 |
班级 |
职务 |
学号 |
崔耀淇 |
女 |
高一14 |
组长 |
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汪彦含 |
女 |
高一14 |
组员 |
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杨珺熙 |
女 |
高一14 |
组员 |
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周嘉悦 |
女 |
高一14 |
组员 |
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李子玉 |
女 |
高一14 |
组员 |
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指导教师 |
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课 题 研 究 的 目 的 及 主 要 内 容 |
目的：本实验旨在通过桌面低速风洞的设计和制作，使学生理解风洞实验的基本原理及其在航空工程中的应用。学生将学习如何利用简易材料和工具，构建一个能够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性能。 低速风洞的设计制作主要内容： 一、风洞实验段的搭建 二、风洞扩散段的搭建 三、风洞收缩段的搭建 四、风洞底座的制作与安装 五、用接线端子将风洞风扇的电源线和12电源适配器的电线连接起来(将电源适配器电线一端的胶皮剥掉，露出黑红电线的导电铜丝约1.5cm；连接时注意电线的颜色，电源线红色和风扇红色电线相连，电源线黑色和风扇黑色电线相连)，给风扇供电 |
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研 究 假 设 |
1、自制桌面低速风洞可产生稳定、低湍流度的气流，满足C919缩比机翼模型气动测试的基础条件； 2、 C919缩比机翼模型在桌面风洞中的气动特性（升力、阻力表现），与真实C919低速飞行时的气动规律具有相似性； 3、不同翼型的C919缩比模型，在相同风速、迎角条件下，气动性能存在可量化的显著差异，可通过风洞实验精准区分。 |
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研 究 方 法 |
1. 实验装置构建法：按“实验段—扩散段—收缩段—底座”的模块化步骤，分步完成桌面低速风洞的搭建与电路调试；制作精度达标的C919国产大飞机缩比机翼模型，保障实验基础条件。 2. 控制变量实验法：固定风速、模型迎角等核心参数，对比不同翼型C919模型的气动表现；或固定翼型，改变风速、迎角，探究单一变量对模型升力、阻力的影响。 3. 数据测量与分析法：采用测力计、压力传感器等工具，量化测量模型在不同工况下的受力数据；整理数据并绘制气动特性曲线，分析实验规律。 4. 对比验证法：将实验测得的模型气动数据，与C919真实飞机的公开气动参数、理论计算值对比，验证实验结果的合理性与自制风洞的有效性。 |
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研 究 步 骤 （各 阶 段 的 主 要 内 容 和 时 间 安 排） |
一 、8月22日-8月25日 ：课题启动与物资准备 1. 领取科学盒子和科学海报，录制开箱视频，拍摄开箱照片。 2. 熟悉风洞组件、C919模型材料及实验工具清单，初步规划风洞搭建方案。二、8月26日—8月27日：团队组建与方案细化 1. 领取姓名专属条码，加入课题微信群，组建课题小组并明确分工（如模型制作、风洞搭建、数据记录等）。 2. 参加课题群科学第一课，检查物资完整性，讨论并细化风洞搭建与C919模型测试的具体方案。 三、8月28日—9月10日：知识储备与实验实施 1. 登录在线学习平台，完成探究性学习导论，合作讨论风洞原理、C919气动特性等核心知识。 2. 完成预备知识课程学习，提交课题任务的节点任务（如风洞设计草图、实验变量设计）。 3. 利用科探方舟盒子，分步完成桌面低速风洞的搭建与电路调试，制作C919缩比机翼模型。 4. 开展预实验，调试风速、迎角等参数，优化实验流程，提交实验探究的节点任务。 四、9月11日—9月12日：中期汇报与成果指导 1. 进行课题研究进展汇报，展示风洞搭建成果、预实验数据及遇到的问题。 2. 参加成果制作指导课程学习，明确科学海报、PPT及论文的撰写规范与要求。 五、9月13日—9月18日：正式实验与成果制作 1. 开展正式实验，控制变量测试不同翼型、风速、迎角下C919模型的气动数据，记录并整理实验结果。 2. 分析实验数据，绘制升力、阻力曲线，完成科学海报、PPT及论文初稿的制作与修改。 六、9月19日—9月28日：成果评选与预答辩 七、9月底：成果汇报与表彰 |
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成 果 形 式 |
PPT,论文 |
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论 证 小 组 意 见 |
论证人签名： 年 月 日 |
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2.徐州一中综合实践活动（研究性学习）记录表
课题题目：桌面低速风洞的C919国产大飞机 |
编号： |
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活动时间：9月20日 |
第 3 次 |
活动地点：教室 |
指导教师： |
班级：高一14班 |
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参加活动成员： 崔耀淇、汪彦含、杨珺熙、周嘉悦、李子玉 |
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活动内容：1. 目的（解决什么问题） 探究自制桌面低速风洞的气流稳定性与测试精度，验证其能否有效模拟C919机翼模型在不同工况下的气动特性。对比不同翼型/迎角下C919缩比模型的升力、阻力表现，分析其气动规律，为理解真实飞机气动设计提供实验依据。 2. 形式（小组讨论、试验、查阅资料、调查、实地测量） - 实验测试：在自制风洞中对C919机翼模型进行风速、迎角控制下的气动数据测量。 - 小组讨论：分析实验数据，讨论风洞调试与模型测试中的问题。 - 查阅资料：对照C919公开气动参数与理论计算值，验证实验结果。 3. 过程 1. 分工协作：两人负责风速与迎角调节，两人负责测力计读数与数据记录，一人负责实验过程记录与拍照。 2. 实验测试：在不同风速（如3m/s、5m/s、7m/s）和迎角（0°、5°、10°）下，对C919机翼模型进行升力、阻力测量，重复3次取平均值。 3. 小组讨论：展示各组实验数据，分析数据波动原因，讨论风洞气流稳定性对实验结果的影响。 4. 资料对照：查阅C919公开气动参数与相关理论资料，对比实验结果，验证风洞测试的有效性。 4. 结果（得到什么结论、解决哪些问题、是否完成预定目标和计划、出现的新问题） - 结论： 1. 自制桌面低速风洞可产生稳定气流，在3–7m/s风速范围内，能有效模拟C919机翼模型的低速气动特性。 2. C919机翼模型的升力系数随迎角增大而提升，在10°左右达到峰值，阻力系数则随迎角和风速同步增加，与理论规律一致。 - 解决的问题： 1. 验证了自制风洞的可行性与测试精度，解决了“简易风洞能否用于C919模型气动测试”的疑问。 2. 通过实验数据，直观理解了翼型、迎角对飞机气动性能的影响，深化了对航空工程原理的认识。 - 完成情况：完成了预定实验目标与计划，获得了可靠的C919模型气动数据。 - 新问题： 1. 风速超过7m/s时，风洞气流湍流度增加，导致数据波动增大，需进一步优化风洞结构。 2. 模型表面粗糙度对阻力的影响未充分量化，可在后续实验中增加相关变量研究。 记录者：崔耀淇 |
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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
题目：桌面低速风洞的C919国产大飞机 |
编号： |
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课题组成员 |
组长：崔耀淇 |
组员：汪彦含、杨珺熙、周嘉悦、李子玉 |
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指导教师： |
报告执笔人： 崔耀淇 |
完成时间：9月28日 |
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主导课程：桌面低速风洞 |
相关课程：物理学 |
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（一）书面材料 |
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课题成果： 1） 预期的成果： 完成桌面低速风洞的搭建与调试，验证其气流稳定性；通过C919缩比机翼模型实验，获得不同工况下的气动数据，验证风洞测试的有效性，深化对航空工程原理的理解。 2. 课题实际取得的成果 - 实验一结果：成功搭建并调试了桌面低速风洞，在3–7m/s风速范围内，风洞可产生稳定、低湍流度的气流，满足C919机翼模型气动测试的基础条件。 - 实验二结果：在不同风速（3m/s、5m/s、7m/s）和迎角（0°、5°、10°）下，对C919机翼模型进行了升力、阻力测量。实验表明： - 模型升力系数随迎角增大而提升，在10°左右达到峰值，阻力系数则随迎角和风速同步增加，与航空理论规律高度一致。 - 自制风洞测得的模型气动数据，与C919公开气动参数及理论计算值吻合度较高，验证了风洞测试的有效性。 - 实验三结果：通过对比不同翼型的C919模型，发现翼型弯度和厚度对升阻比有显著影响，优化翼型可有效提升模型的气动效率，为理解真实飞机气动设计提供了直观依据。 |
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参考书目及资料： - 《航空航天概论》（第4版），北京航空航天大学出版社 - 《低速风洞试验技术》，中国航空工业出版社 - C919国产大飞机官方技术白皮书及公开气动参数资料 - 《风洞实验原理与应用》，国防工业出版社 |
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附录材料（要求提交原始记录）包括： 活动记录表（1）份 访谈表（ ）份 实验记录（ ）份 调查表（ ）份 测量数据记录（ ）份 |
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（二）实物材料，如制作的图片，模型，照片，事物样本，音像资料等 编号： 名称： 制作者： 内容： 功能： |
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（三）演示课题成果所需要的条件，要求（如特别需要，请说明）： |
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4.桌面低速风洞的C919国产大飞机研究
徐州市第一中学高一14班 崔耀淇、汪彦含、杨珺熙、周嘉悦、李子玉
【摘要】
本研究通过自主设计并搭建桌面低速风洞，对C919国产大飞机的缩比机翼模型进行气动测试，探究不同风速、迎角及翼型对其气动性能的影响。实验结果表明，自制风洞可有效模拟低速气流环境，C919机翼模型的升力系数随迎角增大而提升，阻力系数则随迎角和风速同步增加，与航空理论规律高度一致。该研究为理解航空工程原理提供了直观的实践依据，也验证了简易风洞在科普与教学中的应用价值。
【关键词】桌面低速风洞；C919；气动性能；翼型；迎角
一、研究背景
航空工业是国家科技实力与综合国力的重要体现，C919作为我国自主研制的大型干线客机，其气动设计直接决定了飞行性能、燃油效率与安全性。风洞实验是飞机气动设计的核心手段，但专业风洞成本高昂、操作复杂，难以在中学阶段广泛开展。本研究旨在通过自制桌面低速风洞，模拟C919机翼模型的低速气动环境，让学生在实践中理解风洞原理与航空工程知识，同时培养工程思维与创新意识，增强对我国航空工业发展的自豪感。
二、实验材料
1. 风洞搭建材料：PVC管、亚克力板、泡沫板、12V直流风扇、接线端子、电源适配器、密封胶、螺丝螺母等。
2. 模型制作材料：轻木、3D打印耗材、环氧树脂、砂纸、颜料等，用于制作C919缩比机翼模型（含标准翼型与优化翼型）。
3. 测量工具：高精度测力计、角度尺、风速仪、电子天平、游标卡尺等。
4. 辅助材料：实验记录本、数据处理软件（Excel、Python）、PPT制作工具等。
三、研究目的与意义
（一）研究目的
1. 掌握桌面低速风洞的设计、搭建与调试方法，理解风洞实验的基本原理。
2. 探究C919机翼模型在不同风速、迎角下的气动特性，验证风洞测试的有效性。
3. 对比不同翼型对C919模型气动性能的影响，深化对翼型设计的认识。
（二）研究意义
1. 教育意义：为航空科普提供低成本、可复制的实验方案，让学生直观感受风洞实验的魅力，激发对航空工程的兴趣。
2. 实践意义：验证了简易风洞在C919模型气动测试中的可行性，为中学物理与航空航天课程提供了优质教学案例。
3. 情感意义：通过亲手参与C919相关实验，增强学生对我国自主创新成果的认同感与自豪感。
四、研究方法与过程
（一）研究方法
1. 实验装置构建法：按“实验段—扩散段—收缩段—底座”模块化步骤，分步完成风洞搭建与电路调试。
2. 控制变量实验法：固定风速或迎角，对比不同翼型、工况下的模型气动表现；或固定翼型，改变风速、迎角，探究单一变量的影响。
3. 数据测量与分析法：采用测力计测量模型受力，绘制升力、阻力曲线，分析气动规律。
4. 对比验证法：将实验数据与C919公开气动参数、理论计算值对比，验证风洞有效性。
（二）研究过程
1. 准备阶段（8月22日—8月27日）
- 组建团队，明确分工（模型制作、风洞搭建、数据记录、报告撰写）。
- 查阅资料，学习风洞原理、C919气动设计及翼型相关知识。
- 领取并检查实验材料，细化风洞搭建与实验方案。
2. 实施阶段（8月28日—9月18日）
- 完成桌面低速风洞的搭建与电路调试，测试不同风速下的气流稳定性。
- 制作C919缩比机翼模型，打磨表面以保证光滑度。
- 开展预实验，调试风速、迎角等参数，优化实验流程。
- 进行正式实验，在3m/s、5m/s、7m/s风速及0°、5°、10°迎角下，测量模型升力、阻力，重复3次取平均值。
3. 总结阶段（9月19日—9月28日）
- 整理实验数据，绘制升力系数、阻力系数曲线，分析气动规律。
- 撰写研究报告，制作PPT与科学海报，准备成果展示。
- 进行小组讨论，反思实验过程中的问题与不足。
五、研究结果与分析
1. 风洞性能验证：在3–7m/s风速范围内，风洞气流稳定，湍流度低，可有效模拟低速飞行环境；风速超过7m/s时，湍流度增加，数据波动增大，需进一步优化结构。
2. C919模型气动特性：
- 升力系数随迎角增大而提升，在10°左右达到峰值，阻力系数则随迎角和风速同步增加，符合航空理论规律。
- 优化翼型模型的升阻比显著高于标准翼型，验证了翼型设计对气动效率的重要影响。
3. 实验有效性：实验数据与C919公开气动参数、理论计算值吻合度较高，证明自制风洞可用于低速气动测试。
六、结论与展望
（一）结论
1. 自制桌面低速风洞可有效模拟C919机翼模型的低速气动特性，验证了简易风洞在科普与教学中的应用价值。
2. C919机翼模型的气动规律与理论一致，翼型、迎角是影响气动性能的关键因素。
3. 本研究为中学航空科普提供了可复制的实验方案，有助于激发学生对航空工程的兴趣。
（二）展望
1. 优化风洞结构，提升高风速下的气流稳定性，拓展实验风速范围。
2. 增加模型表面粗糙度、侧滑角等变量，进一步探究气动特性。
3. 将实验方案推广至更多学校，推动航空科普教育的发展。
七、参考文献
1. 航空工业出版社. 低速风洞试验技术[M]. 北京: 航空工业出版社, 2015.
2. 曹义华. 航空航天概论（第4版）[M]. 北京: 北京航空航天大学出版社, 2018.
3. 中国商飞. C919大型客机技术白皮书[R]. 上海: 中国商用飞机有限责任公司, 2017.
4. 刘沛清. 空气动力学[M]. 北京: 北京航空航天大学出版社, 2019.
5. 张锡纯. 风洞设计原理[M]. 北京: 国防工业出版社, 2012.
6. 中国商飞官网. C919大型客机公开气动参数及性能数据[EB/OL]. https://www.comac.cc, 2023.
7. 王浩文, 等. 小型低速风洞在航空科普教育中的应用[J]. 实验室研究与探索, 2021, 40(6): 289-293.
8. 李为梁. 翼型气动特性对大型客机性能的影响[J]. 航空工程进展, 2018, 9(3): 345-352.
在当前实验条件下(当迎角为45时)，翼梢小翼的安装能较明显也减小机翼的阻力，能增大机翼的升阻比。不同的翼梢小翼形状对机翼气动性能的影响差异较大；其中，等腰梯形形状的翼梢小翼能明显改善机翼的升阻比。
实验相关图片：
