飛行演示風洞

AF41V

本裝置是一款具備高度互動性的飛行模擬風洞,讓學生透過數位線傳飛控桿與油門,親手操作模型飛機進行起飛、巡航與著陸。系統能精確模擬重心位移對飛行穩定性的影響,並透過翼面毛線簇觀察失速與流場分離。結合荷重計與壓力感測器,學生能將實際的操作感與升力、攻角、修整曲線等空氣動力學數據相結合,是教學固定翼飛機飛行原理的最佳實作平台。

 

 

主要功能與特色

這是一款專為教室演示與學生研究設計的開口式風洞,用於探索定翼機的行為,以及機翼在起飛、飛行與著陸過程中的性能表現。

 

構造與飛行模擬

風洞工作段內懸掛一台模型飛機,透過連桿支撐,使其能夠獨立地進行垂直移動以及繞著四分之一弦長點 (Quarter chord point) 進行俯仰運動。

  • 擬真駕駛體驗:操作者使用數位線傳飛控 (Fly-by-wire)控制桿與油門手柄來手動駕駛飛機。控制介面配置與輕型飛機相似,提供極其真實的飛行模擬,讓學生直觀感受升降舵的作用。

  • 起飛與巡航:透過油門槓桿增加風洞風速(模擬飛機推力增加),當達到起飛速度時,向後拉動控制桿即可使飛機起飛。

  • 儀表顯示:數位顯示幕可即時呈現皮托管壓力(風速)、姿態、高度、升力以及水平尾翼的角度。

 

控制與動力系統

  • 氣流控制:空氣經由整流器進入工作段,確保流場平穩。安裝在下游的軸流風扇由油門控制,用以模擬飛機因推力改變而產生的速度變化。

  • 水平尾翼控制:控制桿直接連結至飛機的「全動式水平尾翼 (All-flying tailplane)」。前後推拉控制桿即可改變整個尾翼的角度。請注意,此系統僅提供俯仰控制,不包含側向控制(無方向舵)。

  • 鎖定功能:控制桿下方設有鎖定裝置,可將尾翼角度固定在任何特定設定值。

 

觀測與重心實驗

  • 流場視覺化:飛機左翼覆蓋有小型毛線簇,用以展示機翼表面的氣流方向與品質,學生可藉此清楚觀察到流場分離與失速現象。

  • 重心與穩定性:模型配備可調配重塊,學生可將重心設定在四分之一弦長點的前後不同位置。這有助於學生推導修整曲線(Trim curves)並找出中立點。

  • 升力特性:為了找出翼型的升力特性,學生可將飛機連結至荷重計,並改變攻角進行測量。

 

學習成果

  • 縱向穩定性與控制:實際操作飛機,觀察其在起飛、平飛及著陸階段的行為。學生將學習如何透過水平尾翼調整飛機姿態,並理解維持平衡所需的控制量。

  • 速度對平飛姿態與失速的影響:測定在維持平飛時,風速與機身仰角之間的關係。同時觀察當速度降至臨界值以下時,飛機如何進入失速狀態。

  • 測量升力曲線:繪製升力係數與攻角 (Angle of Attack) 的關係圖。實驗範圍涵蓋正常飛行區間直到超越失速點,讓學生觀察升力在失速後的劇烈下降。

  • 重心、修整曲線與中立點:學生可調整模型重心位置來改變其「修整(Trim)」狀態。透過繪製不同重心位置下的修整曲線,學生能推導出飛機的中立點,這是判斷飛機靜穩定性的關鍵指標。

  • 長週期運動:利用高速 VDAS® 數據擷取系統,觀測並記錄飛機在高度與速度之間交替轉換的長週期振盪現象。這有助於理解飛機的動態穩定性。

  • 短週期振盪:透過高速 VDAS® 觀察飛機在受到突然擾動時,入射角的快速修正與振盪。這展示了飛機對姿態改變的即時阻尼反應。

  • 流場視覺化:若搭配加購的煙霧產生器,學生可以親眼看見氣流繞過機翼與水平尾翼的流線模式,直觀理解升力產生與氣流分離的過程。

 

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