本實(shí)用新型涉及實(shí)驗(yàn)室演示設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種機(jī)翼升力實(shí)驗(yàn)機(jī)構(gòu)及具有該機(jī)構(gòu)的飛機(jī)升力演示儀。

背景技術(shù)：

在涉及空氣動(dòng)力學(xué)教學(xué)課程中，通過(guò)單純理論的講解很難使學(xué)生完全理解相關(guān)內(nèi)容，而飛機(jī)升力演示儀可以直觀生動(dòng)地驗(yàn)證這些理論，利用演示儀器或演示裝置直觀形象的演示能夠使學(xué)生輕松而深刻理解和牢記這些相關(guān)知識(shí)。

飛機(jī)是比空氣重的飛行器，因此需要消耗自身動(dòng)力來(lái)獲得升力，而飛機(jī)的升力來(lái)源于飛行中空氣對(duì)機(jī)翼的作用。當(dāng)飛機(jī)在空氣中以小于聲速的速度飛行時(shí)，周圍空氣的密度變化不大，因而可把空氣看作不可壓縮的連續(xù)流體。空氣流到機(jī)翼前緣，分成上、下兩股氣流，分別沿機(jī)翼上表面和下表面流過(guò)。由于機(jī)翼上表面彎曲凸起，氣流吹過(guò)時(shí)，機(jī)翼上表面的氣流速度較大，而機(jī)翼下表面的空氣流速相對(duì)較小。由伯努利定律可以得知，機(jī)翼上方的空氣壓強(qiáng)小于機(jī)翼下方的空氣壓強(qiáng)，于是機(jī)翼受到的向上的作用力大于所受的向下作用力，因而機(jī)翼就受到一個(gè)方向向上的合力作用，形成使機(jī)翼上升的舉力，這個(gè)力稱為動(dòng)升力。當(dāng)空氣與機(jī)翼的相對(duì)速度達(dá)到一定值時(shí)，機(jī)翼上受到的向上的壓力就大于等于飛機(jī)自身的重量，因此飛機(jī)就可以離開地面在空中飛行。

由于飛機(jī)機(jī)翼的上表面彎曲凸起、而機(jī)翼的下表面光滑平坦，在飛機(jī)與氣流發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，流過(guò)機(jī)翼的上表面的氣流在同一時(shí)間內(nèi)流過(guò)的路程，比流過(guò)下表面的氣流流過(guò)的路程遠(yuǎn)，所以上表面氣流的相對(duì)速度比下表面的空氣流速度大。上表面的氣流施加給機(jī)翼的壓力小于施加于下表面的壓力，因此產(chǎn)生升力。

目前，在教學(xué)工作中，現(xiàn)有的飛機(jī)升力演示儀由于存在一系列弊端，給教學(xué)帶來(lái)較大的不便。首先，現(xiàn)有的演示儀中，圓柱體導(dǎo)風(fēng)筒的一端安裝排風(fēng)扇，另一端安裝一個(gè)簡(jiǎn)易的鋼絲支架，鋼絲支架內(nèi)安有簡(jiǎn)易的機(jī)翼模型，機(jī)翼模型只能采用特別輕的材料，比如說(shuō)泡沫、塑料等，而鋼絲支架在固定機(jī)翼模型時(shí)，由于固定點(diǎn)太近，容易導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)中機(jī)翼模型不穩(wěn)定、風(fēng)中抖動(dòng)大、機(jī)翼模型不結(jié)實(shí)等問(wèn)題，當(dāng)實(shí)驗(yàn)中機(jī)翼模型受到升力影響而上升時(shí)，其與鋼絲支架的連接處容易產(chǎn)生較大的滑動(dòng)摩擦阻力，從而導(dǎo)致機(jī)翼模型上升不靈活；此外，由于導(dǎo)風(fēng)筒是圓柱體，容易反光，從而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)過(guò)程中看不清機(jī)翼模型和平板模型，影響實(shí)驗(yàn)觀測(cè)效果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

(一)要解決的技術(shù)問(wèn)題

本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供了一種機(jī)翼升力實(shí)驗(yàn)機(jī)構(gòu)及具有該機(jī)構(gòu)的飛機(jī)升力演示儀，實(shí)驗(yàn)中該機(jī)翼上升靈活穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)堅(jiān)實(shí)可靠，具有良好的演示效果。

(二)技術(shù)方案

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提供了一種機(jī)翼升力實(shí)驗(yàn)機(jī)構(gòu)，包括機(jī)翼模型、配重塊和至少兩個(gè)平行設(shè)置的支撐桿，所述機(jī)翼模型沿風(fēng)力流向設(shè)置，各個(gè)所述支撐桿的前端同時(shí)連接在所述機(jī)翼模型上，其中至少一個(gè)所述支撐桿的末端設(shè)有所述配重塊，每個(gè)所述支撐桿上各設(shè)有一個(gè)支點(diǎn)，各個(gè)所述支點(diǎn)之間通過(guò)支撐架固定連接，所述支撐架平行于所述風(fēng)力流向。

進(jìn)一步的，各個(gè)所述支撐桿的前端同時(shí)連接在所述機(jī)翼模型的同一側(cè)。

進(jìn)一步的，所述支撐桿與機(jī)翼模型之間通過(guò)第一軸承連接。

進(jìn)一步的，所述支點(diǎn)與支撐架之間通過(guò)第二軸承連接。

進(jìn)一步的，所述支撐桿與配重塊之間通過(guò)第三軸承連接。

進(jìn)一步的，至少一個(gè)所述支撐桿的末端設(shè)有配重塊，且其支點(diǎn)設(shè)置于所述機(jī)翼模型和配重塊之間，其余所述支撐桿的末端均為支點(diǎn)。

進(jìn)一步的，各個(gè)所述支撐桿的末端均設(shè)有配重塊，且每個(gè)所述支撐桿上的支點(diǎn)均設(shè)置于所述機(jī)翼模型和配重塊之間。

本實(shí)用新型還提供了一種飛機(jī)升力演示儀，包括導(dǎo)風(fēng)管、風(fēng)力機(jī)構(gòu)和至少一組如上所述的機(jī)翼升力實(shí)驗(yàn)機(jī)構(gòu)，每組所述機(jī)翼升力實(shí)驗(yàn)機(jī)構(gòu)均安裝于所述導(dǎo)風(fēng)管內(nèi)，所述風(fēng)力機(jī)構(gòu)安裝于導(dǎo)風(fēng)管的一端，用于同時(shí)向各組所述機(jī)翼升力實(shí)驗(yàn)機(jī)構(gòu)提供風(fēng)力。

進(jìn)一步的，所述導(dǎo)風(fēng)管分隔為上、下兩層，所述支撐架安裝于所述導(dǎo)風(fēng)管的上、下兩層之間，每組所述機(jī)翼升力實(shí)驗(yàn)機(jī)構(gòu)的機(jī)翼模型均設(shè)置于所述導(dǎo)風(fēng)管的上層，各個(gè)所述配重塊均設(shè)置于所述導(dǎo)風(fēng)管的下層；所述風(fēng)力機(jī)構(gòu)安裝于所述導(dǎo)風(fēng)管上層靠近所述配重塊的端部。

進(jìn)一步的，所述導(dǎo)風(fēng)管為矩形，其頂面或至少一個(gè)側(cè)面敞開。

(三)有益效果

本實(shí)用新型的上述技術(shù)方案具有以下有益效果：本實(shí)用新型的機(jī)翼升力實(shí)驗(yàn)機(jī)構(gòu)包括機(jī)翼模型、配重塊和至少兩個(gè)平行設(shè)置的支撐桿，機(jī)翼模型沿風(fēng)力流向設(shè)置，各個(gè)支撐桿的前端同時(shí)連接在機(jī)翼模型上，其中至少一個(gè)支撐桿的末端設(shè)有配重塊，每個(gè)支撐桿上各設(shè)有一個(gè)支點(diǎn)，各個(gè)支點(diǎn)之間通過(guò)支撐架固定連接，支撐架平行于風(fēng)力流向。該機(jī)翼升力實(shí)驗(yàn)機(jī)構(gòu)利用杠桿原理，使得機(jī)翼模型、兩個(gè)支撐桿和支撐架形成同一平面的平行四邊形結(jié)構(gòu)，從而在機(jī)翼升力實(shí)驗(yàn)中能有效消除機(jī)翼模型抖動(dòng)、仰角不穩(wěn)定等現(xiàn)象；利用質(zhì)量配重的方式使得制作機(jī)翼模型材料不受限制，有效提高機(jī)翼模型的堅(jiān)固性；該具有該機(jī)構(gòu)的飛機(jī)升力演示儀在實(shí)驗(yàn)中，機(jī)翼模型上升靈活穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)堅(jiān)實(shí)可靠，具有良好的演示效果，更加便于使用者觀測(cè)實(shí)驗(yàn)。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例的飛機(jī)升力演示儀的結(jié)構(gòu)示意圖。

其中，1、機(jī)翼模型；2、支撐桿；3、第一軸承；4、第二軸承；5、第三軸承；6、配重塊；7、導(dǎo)風(fēng)管；8、風(fēng)力機(jī)構(gòu)；9、支撐架。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說(shuō)明本實(shí)用新型，但不能用來(lái)限制本實(shí)用新型的范圍。

在本實(shí)用新型的描述中，除非另有說(shuō)明，“多個(gè)”的含義是兩個(gè)或兩個(gè)以上。術(shù)語(yǔ)“上”、“下”、“左”、“右”、“內(nèi)”、“外”、“前端”、“后端”、“頭部”、“尾部”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本實(shí)用新型和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本實(shí)用新型的限制。此外，術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”、“第三”等僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性。

如圖1所示，圖中箭頭表示風(fēng)力流向。本實(shí)施例所述的機(jī)翼升力實(shí)驗(yàn)機(jī)構(gòu)包括機(jī)翼模型1、配重塊6和至少兩個(gè)平行設(shè)置的支撐桿2，機(jī)翼模型1沿風(fēng)力流向設(shè)置，各個(gè)支撐桿2的前端同時(shí)連接在機(jī)翼模型1上，優(yōu)選各個(gè)支撐桿2的前端同時(shí)連接在機(jī)翼模型1的同一側(cè)，以保證機(jī)翼模型1上升更加穩(wěn)定；其中至少一個(gè)支撐桿2的末端設(shè)有配重塊6，采用杠桿原理和質(zhì)量配重的方式可以使得機(jī)翼模型1達(dá)到臨界平衡狀態(tài)，只要有較小的風(fēng)就能使它輕松升起。因此得以制作機(jī)翼模型的材料不受限制，有效提高機(jī)翼模型1的堅(jiān)固性；每個(gè)支撐桿2上各設(shè)有一個(gè)支點(diǎn)，各個(gè)支點(diǎn)之間通過(guò)支撐架9固定連接，支撐架9平行于風(fēng)力流向。

本實(shí)施例中，由于實(shí)驗(yàn)用的機(jī)翼模型1上表面彎曲凸起，則機(jī)翼模型1上部空氣流速較大、空氣壓強(qiáng)較小，而機(jī)翼模型1下部的空氣流速較小、空氣壓強(qiáng)較大，在風(fēng)力作用下可以輕松使得機(jī)翼模型1上升并達(dá)到新的臨界平衡態(tài)，而由于機(jī)翼模型1、兩個(gè)支撐桿2和支撐架9之間構(gòu)成了位于同一平面的平行四邊形結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)保證了機(jī)翼模型1在上升時(shí)，帶動(dòng)各個(gè)支撐桿2的端部圍繞支點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，以確保機(jī)翼模型1與水平線(或風(fēng)力流向)的仰角恒定，從而穩(wěn)定了機(jī)翼模型1的升力大小，進(jìn)而在機(jī)翼模型1升力實(shí)驗(yàn)中有效消除機(jī)翼模型1抖動(dòng)、仰角不穩(wěn)定等現(xiàn)象；此外，質(zhì)量配重的方式使得機(jī)翼模型1在風(fēng)力較弱的情況下依舊可以順利上升，從而確保實(shí)驗(yàn)用的機(jī)翼模型1的材料不受限制。

本實(shí)施例中，支撐桿2與機(jī)翼模型1之間通過(guò)第一軸承3連接，支點(diǎn)與支撐架9之間通過(guò)第二軸承4連接，支撐桿2與配重塊6之間通過(guò)第三軸承5連接，軸承連接保證了機(jī)翼模型1與支撐桿2之間、支撐桿2與支撐架9之間、以及支撐桿2與配重塊6之間均為滾動(dòng)摩擦，在杠桿原理的作用下，能有效減小支撐桿2轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的摩擦阻力，大幅提高機(jī)翼模型1上升的靈活性。

本實(shí)施例的機(jī)構(gòu)中，至少一個(gè)支撐桿2的末端設(shè)有配重塊6，且其支點(diǎn)設(shè)置于機(jī)翼模型1和配重塊6之間，其余支撐桿2的末端均為支點(diǎn)，由于各個(gè)支撐桿2互相平行，支撐架9與風(fēng)力流向平行，因此不論機(jī)翼模型1上安裝有多少個(gè)支撐桿2，只要保證其中一個(gè)支撐桿2的末端懸掛配重塊6，利用杠桿原理就可以同時(shí)帶動(dòng)多個(gè)支撐桿2沿其各自支點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，在機(jī)翼模型1上升時(shí)，使得機(jī)翼模型1、各個(gè)支撐桿2和支撐架9之間始終保持平行四邊形結(jié)構(gòu)，確保機(jī)翼模型1上升的仰角恒定；同理可知，該機(jī)構(gòu)也可以設(shè)置為：各個(gè)支撐桿2的末端均設(shè)有配重塊6，且每個(gè)支撐桿2上的支點(diǎn)均設(shè)置于機(jī)翼模型1和配重塊6之間，只要保證各個(gè)支撐桿2的支點(diǎn)均通過(guò)支撐架9連接，且支撐架9與風(fēng)力流向平行即可。

本實(shí)施例提供的飛機(jī)升力演示儀包括導(dǎo)風(fēng)管7、風(fēng)力機(jī)構(gòu)8和至少一組如上所述的機(jī)翼升力實(shí)驗(yàn)機(jī)構(gòu)，每組機(jī)翼升力實(shí)驗(yàn)機(jī)構(gòu)均安裝于導(dǎo)風(fēng)管7內(nèi)，風(fēng)力機(jī)構(gòu)8安裝于導(dǎo)風(fēng)管7的一端，用于同時(shí)向各組機(jī)翼升力實(shí)驗(yàn)機(jī)構(gòu)提供風(fēng)力，優(yōu)選風(fēng)力機(jī)構(gòu)8為風(fēng)扇。

該具有該機(jī)構(gòu)的飛機(jī)升力演示儀在實(shí)驗(yàn)中，機(jī)翼模型1上升靈活穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)堅(jiān)實(shí)可靠，具有良好的演示效果，更加便于使用者觀測(cè)實(shí)驗(yàn)；此外，為了保證升力實(shí)驗(yàn)具有對(duì)比性，可以在導(dǎo)風(fēng)管7內(nèi)設(shè)置多組機(jī)翼升力實(shí)驗(yàn)機(jī)構(gòu)，并將其中一組機(jī)構(gòu)的機(jī)翼模型1更換為對(duì)比用機(jī)翼模型1即可。

本實(shí)施例的飛機(jī)升力演示儀中，導(dǎo)風(fēng)管7分隔為上、下兩層，支撐架9安裝于導(dǎo)風(fēng)管7的上、下兩層之間，每組機(jī)翼升力實(shí)驗(yàn)機(jī)構(gòu)的機(jī)翼模型1均設(shè)置于導(dǎo)風(fēng)管7的上層，各個(gè)配重塊6均設(shè)置于導(dǎo)風(fēng)管7的下層；風(fēng)力機(jī)構(gòu)8安裝于導(dǎo)風(fēng)管7上層靠近配重塊6的端部，風(fēng)力機(jī)構(gòu)8為機(jī)翼模型1的上升提供穩(wěn)定的風(fēng)力，該風(fēng)力流向通常與水平面平行，以確保上升實(shí)驗(yàn)中，機(jī)翼模型1、各個(gè)支撐桿2和支撐架9之間始終保持平行四邊形結(jié)構(gòu)。

為了便于實(shí)驗(yàn)觀測(cè)，優(yōu)選導(dǎo)風(fēng)管7采用透明材質(zhì)制成，如透明塑料或玻璃等材料；為了防止導(dǎo)風(fēng)管7因表面反光而影響實(shí)驗(yàn)觀測(cè)，優(yōu)選導(dǎo)風(fēng)管7為矩形，進(jìn)一步優(yōu)選該導(dǎo)風(fēng)管7的頂面或至少一個(gè)側(cè)面敞開，以便于使用者可以直接接觸機(jī)翼模型1，與之進(jìn)行互動(dòng)。

本實(shí)施例的飛機(jī)升力演示儀在進(jìn)行升力實(shí)驗(yàn)時(shí)，風(fēng)力機(jī)構(gòu)8處于關(guān)閉狀態(tài)，此時(shí)機(jī)翼模型1平置于支撐架9的上表面，根據(jù)杠桿原理，配重塊6靜置于支撐9架的下表面；打開風(fēng)力機(jī)構(gòu)8，機(jī)翼模型1在風(fēng)力作用下平穩(wěn)上升，根據(jù)杠桿原理，機(jī)翼模型1帶動(dòng)支撐桿2的前端和末端同時(shí)圍繞支點(diǎn)同向轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)配重塊6與支撐架9的下表面分離，而配重塊6由于重力作用保證了機(jī)翼模型1上升至臨界平衡態(tài)時(shí)停止上升，此時(shí)可通過(guò)導(dǎo)風(fēng)管7直接觀測(cè)機(jī)翼模型上升的狀態(tài)。

綜上所述，本實(shí)施例的機(jī)翼升力實(shí)驗(yàn)機(jī)構(gòu)包括機(jī)翼模型1、配重塊6和至少兩個(gè)平行設(shè)置的支撐桿2，機(jī)翼模型1沿風(fēng)力流向設(shè)置，各個(gè)支撐桿2的前端同時(shí)連接在機(jī)翼模型1上，其中至少一個(gè)支撐桿2的末端設(shè)有配重塊6，每個(gè)支撐桿2上各設(shè)有一個(gè)支點(diǎn)，各個(gè)支點(diǎn)之間通過(guò)支撐架9固定連接，支撐架9平行于風(fēng)力流向。該機(jī)翼升力實(shí)驗(yàn)機(jī)構(gòu)利用杠桿原理，使得機(jī)翼模型1、兩個(gè)支撐桿2和支撐架9形成同一平面的平行四邊形結(jié)構(gòu)，從而在機(jī)翼模型1升力實(shí)驗(yàn)中能有效消除機(jī)翼模型1抖動(dòng)、仰角不穩(wěn)定等現(xiàn)象；利用質(zhì)量配重的方式使得機(jī)翼模型1材料不受限制，有效提高機(jī)翼模型1的堅(jiān)固性；該具有該機(jī)構(gòu)的飛機(jī)升力演示儀在實(shí)驗(yàn)中，機(jī)翼模型1上升靈活穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)堅(jiān)實(shí)可靠，具有良好的演示效果，更加便于使用者觀測(cè)實(shí)驗(yàn)。

本實(shí)用新型的實(shí)施例是為了示例和描述起見而給出的，而并不是無(wú)遺漏的或者將本實(shí)用新型限于所公開的形式。很多修改和變化對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言是顯而易見的。選擇和描述實(shí)施例是為了更好說(shuō)明本實(shí)用新型的原理和實(shí)際應(yīng)用，并且使本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠理解本實(shí)用新型從而設(shè)計(jì)適于特定用途的帶有各種修改的各種實(shí)施例。