一种活塞式螺旋桨副作用演示教具

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，具体涉及一种活塞式螺旋桨副作用演示教具。


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。螺旋桨式飞机在实际飞行时会出现四种副作用：滑流、反作用力矩、进动以及气流斜吹。滑流是指被螺旋桨拨动而向后加速和扭转的气流，对飞机实际飞行影响很大，螺旋桨旋向不同，对飞行造成的影响也不同，需要进行相应操纵方可消除螺旋桨滑流带来的副作用，比如某初教机由于螺旋桨滑流的作用，在起飞滑跑时需要蹬左舵修正航向。螺旋桨在转动中会产生旋转阻力，旋转阻力对桨轴形成的力矩就是螺旋桨的反作用力矩，这个力矩通过发送机传给飞机，使飞机向螺旋桨旋转的反方向倾斜。对于螺旋桨式飞机来说，当飞机俯仰转动或偏转时，也就是桨轴方向改变时，会由于螺旋桨的陀螺效应产生陀螺力矩使机头绕另一个轴转动，这种现象即为螺旋桨的进动。螺旋桨式飞机在飞行时，飞行速度方向与桨轴方向不平行及气流斜着吹向螺旋桨，这种现象称为气流斜吹，在气流斜吹情况下，螺旋桨会产生拉力力矩和侧力力矩，对飞行有一定影响。飞行学员在校期间缺乏实际飞行训练，对很多飞行现象的认识主要停留在理论层面，虽然后续设有飞行训练，不过无形中会增加培养时间。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，对活塞式螺旋桨副作用难有直观的认识和感知。而现场教学，一是时间有限，二是结合理论效果也较差。
3.鉴于此，如何设计一种简易可行、方便易用、演示效果直观及方法良好的活塞式螺旋桨副作用演示教具具有重要意义。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种活塞式螺旋桨副作用演示教具，该教具不仅适用于课堂演示教学，而且对于科普教学等也具有参考、借鉴实用价值。
5.为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，缩短人才培养时间，本实用新型提出了一种活塞式螺旋桨副作用演示教具，该教具包括：装有螺旋桨的飞机模型、电机、升降舵、方向舵、测力天平、双轴转台、支座、风速发生装置、烟雾，电机固定于飞机模型中，升降舵与飞机模型的水平安定面连接，方向舵与飞机模型的垂直安定面连接，升降舵与方向舵安装完成后角度均可调，测力天平与飞机模型、双轴转台连接，测力天平不仅可以测量飞机模型受到的作用力，还可测量飞机模型的力矩，双轴转台与支座连接，双轴转台带有锁紧装置，风速发生装置置于螺旋桨前方，有色烟雾放置在风速发生
装置和螺旋桨之间。通过此教具，可模拟演示活塞式螺旋桨飞机在实际飞行时出现的滑流、反作用力矩、进动以及气流斜吹等副作用的产生、效果，结合相应的理论讲述，让学员对活塞式螺旋桨副作用的原理有一个深刻认知，为后续飞行奠定良好基础。
6.优选的，电机为可调速的。电机转速可调使该装置模拟演示时更加接近实际飞行，而转向可调则可通过一套装置演示不同旋向类型的实际飞行，通过旋向对比让学员对活塞式螺旋桨副作用的产生及作用原理有深刻理解。采用小型或微型电机，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。
7.优选的，飞机模型机身为中空式。飞机模型中空，不仅可以快捷地拆装电机，而且可以减轻模型重量，便于携带，也便于实现模块化组装。
8.优选的，电机置于飞机模型中，使得组装后的整套模型外形符合实际的螺旋桨式飞机，而且可消除电机外置对气流造成的干扰，演示效果会更加符合实际飞行。
9.优选的，升降舵角度可调。螺旋桨滑流会影响飞机的俯仰平衡，通过调整升降舵角度，不仅在调节升降舵角度过程中可演示如何消除螺旋桨滑流对俯仰平衡的影响，而且结合舵偏角可讲述推杆、拉杆相应操作，为后续实际飞行和操纵奠定基础。
10.优选的，方向舵角度可调。螺旋桨滑流主要影响飞机的方向平衡，通过调整方向舵角度，不仅在调节方向舵角度过程中可演示如何消除螺旋桨滑流对方向平衡的影响，而且结合舵偏角可讲述左蹬舵、右蹬舵操作，为后续更好更快进入飞行奠定基础。
11.优选的，测力天平为测量力和力矩的设备，飞机飞行时不仅会有各种气动力的作用，还会有这些气动力作用下的力矩，螺旋桨副作用产生的气动力作用在飞机模型上便会有力矩产生，比如滑流会产生俯仰及方向力矩，反作用力矩会产生使飞机滚转的效应，正是这些力矩影响了飞机平衡，通过测力天平数据以及直观的模型运动展示各种副作用产生的原理，帮助学员加深对知识的理解与运用。
12.优选的，双轴转台带有锁紧装置。双轴转台自身带有一定阻尼，从而避免飞机模型和测力天平安装之后发生转动，不过在电机跟风速发生装置启动后，双轴转台的锁紧装置主要是保障滑流、气流斜吹与反作用力矩现象演示时的平台稳定性，以使结果更加科学合理。
13.优选的，风速发生装置为可调速的风速发生装置。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。
14.优选的，烟雾有色。螺旋桨式飞机实际飞行时产生的滑流和气流斜吹会使飞机受到相应作用力，这在测力天平上可以看出，而在来流中施加有色烟雾有助于学员对扭转和倾斜的气流有更为直观的认识。
15.通过本实用新型的一种活塞式螺旋桨副作用演示教具，以测力天平的力矩数据结合有色烟雾的流动，让学员明白实际飞行时螺旋桨滑流副作用产生的原因，而通过升降舵和方向舵的角度调节，逐步修正、消除滑流影响，让学员对实际飞行时的杆舵协调操纵有深刻理解。通过将电机正反转和测力天平数据，展示螺旋桨反作用力矩的产生和影响，让学员对实际飞机尾部旋翼或重心偏置等设计有更为深刻的理解。通过双轴转台上飞机模型俯仰或偏航时的直观运动演示螺旋桨飞机飞行中的进动现象及影响。通过有色烟雾和测力天平
数据演示气流斜吹的作用和影响。本教具将理论与实践结合，明显提升教学效果。本教具可很好的模拟演示活塞式螺旋桨滑流、反作用力矩、进动以及气流斜吹等副作用的产生和作用效果，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
16.图1为活塞式螺旋桨副作用演示教具组成示意图。
具体实施方式
17.下面结合附图，具体介绍一下本实用新型的具体实施方式。
18.实施例1
19.一种活塞式螺旋桨副作用演示教具，如图1所示，具体包括：装有螺旋桨1的飞机模型2、电机3、升降舵4、方向舵5、测力天平6、双轴转台7、支座8、风速发生装置9、烟雾10，螺旋桨1与电机3相连接，电机3固定于飞机模型2中，升降舵4与飞机模型2的水平安定面连接，方向舵5与飞机模型2的垂直安定面连接，测力天平6与飞机模型2、双轴转台7连接，双轴转台7与支座8连接，风速发生装置9置于螺旋桨1前方，烟雾10放置在风速发生装置9和螺旋桨1之间。风速发生装置9采用小型离心风机。
20.模拟演示时，双轴转台锁紧固定或将测力天平与支座直接相连，先将升降舵和方向舵角度固定，使它们分别与飞机模型的水平安定面和垂直安定面位于同一平面。将风速发生装置放置于螺旋桨前部，使风速发生装置出口轴线与电机转轴中心线共线，不断调整电机转速和电机旋转方向，来模拟实际飞行时增减油门和不同螺旋桨旋向下，螺旋桨滑流的影响和表现，将烟雾在螺旋桨正前方释放，观察滑流的直观现象，同时观察测力天平相关数据，尤其是方向力矩和俯仰力矩的变化，以更好理解滑流产生的原理和对飞行的影响。随后不断调整升降舵、方向舵使测力天平俯仰力矩和方向力矩逐渐为零，演示实际飞行中如何消除滑流对飞行的不利影响，结合理论讲解加深学员对飞行的深刻认知。
21.实施例2
22.本实施例中的一种活塞式螺旋桨副作用演示教具，结构与实施例1基本相同，主要区别在于：(1)升降舵4角度在整个模拟演示过程中固定；(2)方向舵5角度在整个模拟演示过程中固定；(3)模拟演示过程中不释放烟雾10；(4)风速发生装置8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。
23.模拟演示时，风速发生装置出口中心线与螺旋桨转轴中心线共线，不断调整出口风速、电机转速，同时观察测力天平绕机体纵轴力矩即滚转力矩的变化，结合飞机设计时采用的重心偏置、尾部加装旋翼等方式，让学员对活塞式螺旋桨飞机实际飞行时反作用力矩有清晰理解。
24.实施例3
25.本实施例中的一种活塞式螺旋桨副作用演示教具，结构与实施例2基本相同，主要区别在于：(1)升降舵4角度在模拟演示过程中需适时调节；(2)方向舵5角度在模拟演示过程中需适时调节；(3)双轴转台7锁紧装置打开；(4)飞机模型2在整个模拟演示过程中需要进行俯仰、偏航操纵。
26.模拟演示时，风速发生装置出口中心线与螺旋桨转轴中心线共线，双轴转台本身带有一定阻尼，飞机模型不会自动出现绕某个轴转动现象。然而，风速发生装置跟电机都启动以后，由于滑流影响会出现俯仰和方向(偏航)力矩，为保证模拟演示的准确性，在对飞机模型进行俯仰、偏航操纵前调整升降舵和方向舵，以消除滑流产生的干扰力矩。对飞机模型进行俯仰操作时，注意模型绕飞机立轴的运动，同时观察测力天平方向力矩的变化，而进行偏航操纵时，注意飞行模型绕横轴的运动和俯仰力矩变化。通过测力天平的数据和模型的直观运动让学员对活塞式螺旋桨飞机的进动有深入理解和认知，为将来的飞行奠定良好基础。
27.实施例4
28.本实施例中的一种活塞式螺旋桨副作用演示教具，结构与实施例3基本相同，主要区别在于：(1)双轴转台7锁紧；(2)飞机模型2在整个模拟演示过程中无需进行俯仰、偏航操纵；(3)风速发生装置9与螺旋桨1转轴中心线不平行共线；(4)模拟演示中需释放烟雾10。
29.模拟演示时，先将风速发生装置出口中心线与螺旋桨转轴中心线共线，风速发生装置、电机启动以后，由于滑流影响会出现俯仰和方向力矩，为保证模拟演示的准确性，在调整风速发生装置与螺旋桨转轴中心线不平行共线前，调整升降舵和方向舵角度，以消除滑流产生的干扰力矩。随后移动风速发生装置位置，使其与螺旋桨转轴中心线不平行，同时释放烟雾，观察测力天平俯仰、方向力矩变化，来模拟气流斜吹的产生、影响。
30.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本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。