本發(fā)明涉及一種物理學中力學方面的實驗測定儀器，尤其是一種用于測定和研究物體在空氣中與氣流作相對運動時所受阻力的空氣阻力系數(shù)測定儀。

背景技術：

運動物體在流體中會受到與運動方向相反的阻力，研究該阻力的成因和規(guī)律及不同形狀物體的阻力系數(shù)是工程上的一個重要課題。要研究這一問題，一般人們需借助專用的大型風洞設備進行定量測量。研究的費用和投入比較昂貴，而在實驗室的小范圍環(huán)境內要進行空氣阻力系數(shù)的研究則缺少相應的設備。

技術實現(xiàn)要素：

為了開展教學科研的需要，本發(fā)明專門設計了一個由透明的有機玻璃大圓筒和鼓風機、風箱、安裝底板、平板出風口等構成的小型風洞，可以放在桌面上進行有關物體在空氣中與氣流作相對運動時所受的阻力測量的實驗研究。風洞的平板出風口風速可調并可利用空氣壓差傳感器間接測出平板出風口的風速。在小型風洞的上部有一個力傳感器支架，用于把待測量的不同測試效應物分別安裝在該支架的力傳感器上，并使測試效應物對準風洞的平板出風口，測試效應物與力傳感器支架不直接接觸。在大圓筒的中部還有一個測壓孔，通過一根輸氣軟管與空氣壓差傳感器相連。與該裝置配套，專門設計了多種測試效應物，用力傳感器進行比較測量，從而可以方便地對多種不同形狀物體的空氣阻力系數(shù)進行定量研究。

小型風洞測量風速的原理是根據(jù)流體力學中的伯努利方程和流體的連續(xù)性原理。因流體力學中的伯努利方程和流體的連續(xù)性原理在物理教科書中有詳細的論述，不在本說明敘述的范圍，故以下在講述中涉及到這些原理時，只講依照上述原理得到的有關推導結果而對原理本身不作探討。

本發(fā)明中所涉及的多種測試效應物都采取了軸對稱的形式制作，共有平板型、圓柱體型、單頭圓錐型、雙頭圓錐型、圓球型、水滴型等幾種測試效應物。上述這幾種測試效應物迎風面的橫截面積相同，它們在同樣的風速下所受的風壓(或稱風阻，下同)則是不同的，從而可以比較它們相互間的空氣阻力系數(shù)。

為了便于上述測試效應物的使用，本發(fā)明設計了一個力傳感器支架，把待測量的不同測試效應物分別安裝在該支架上，并使測試效應物對準小型風洞的平板出風口，根據(jù)測試效應物所受到的不同風壓，力傳感器可感應出不同的電信號，通過信號線就可傳到傳感器測量儀中顯示出力的大小等參數(shù)來。

在力傳感器的測量儀上，具有相應的調零、測量、顯示、記憶和換算功能。該測量儀可以和儀器的安裝底板連為一體，以提高使用的靈活性與適用性。

本發(fā)明設計的主要結構部件和使用原理是：

1.本發(fā)明設計了一個由透明的有機玻璃大圓筒和鼓風機、風箱、安裝底板、風箱的內噴頭、平板出風口等構成的小型風洞?！按髨A筒”的含意是指該大圓筒的內徑和高度均為平板出風口內徑的5倍及以上。在小型風洞的上部有一個力傳感器支架，用于把待測量的不同測試效應物分別安裝在該支架的力傳感器上，并使測試效應物對準風洞的平板出風口，測試效應物與力傳感器支架不直接接觸。在大圓筒的中部還有一個測壓孔，通過一根輸氣軟管與空氣壓差傳感器相連。該測壓孔處的氣壓代表了大圓筒中的氣壓。當鼓風機給風箱中鼓風時，通過風箱的內噴頭向大圓筒內吹氣，然后氣流從平板出風口高速噴出。由于在出風口處氣體的壓力和周圍外界的氣壓相同，而出風口的風速比大圓筒內的風速大得多，所以根據(jù)伯努利方程和流體的連續(xù)性原理得到大圓筒內與周圍外界的氣壓差ΔP和出風口的風速v有如下關系：

上式中ρ為空氣的密度。因此，只要測出了大圓筒內與周圍外界的氣壓差ΔP，就可推算出風洞平板出風口處的風速v。

2.大圓筒內和周圍外界的氣壓差ΔP可借助“U型液壓差計”來測量。將大圓筒中部的測壓孔處的接頭與“U型液壓差計”的一端用輸氣軟管連通，則大圓筒內的氣壓就傳遞到“U型液壓差計”中，觀察“U型液壓差計”兩邊液面的高度差，就可以知道大圓筒內和周圍外界的氣壓差ΔP。此處介紹的“U型液壓差計”并非唯一的測量氣壓差的辦法，也可以用其它的空氣壓差傳感器來代替“U型液壓差計”。

3.為了研究各種不同形狀的物體在氣流中的相對阻力系數(shù)，本發(fā)明設計了橫截面積相同的多種測試效應物，這些測試效應物均為軸對稱體。比較它們各自在相同的風速情況下所受的不同風壓，就可測得它們的相對阻力系數(shù)。

本發(fā)明所述的一種用小型風洞構建的空氣阻力系數(shù)測定儀，其特征是：有一個由透明有機玻璃大圓筒和鼓風機、風箱、安裝底板、風箱的內噴頭、平板出風口等構成的小型風洞，大圓筒的內徑和高度均為平板出風口內徑的5倍及以上，在小型風洞的上部有一個力傳感器支架，在大圓筒的中部還有一個測壓孔，通過一根輸氣軟管與空氣壓差傳感器相連。

本發(fā)明所述的一種用小型風洞構建的空氣阻力系數(shù)測定儀，其特征是：在小型風洞上部的力傳感器支架，用于把待測量的測試效應物分別安裝在該支架的力傳感器上，并使測試效應物對準風洞的平板出風口，測試效應物與力傳感器支架不直接接觸。

本發(fā)明所述的一種用小型風洞構建的空氣阻力系數(shù)測定儀，其特征是：力傳感器支架上的力傳感器的輸出信號通過信號傳輸線與力傳感器測量儀相連，該力傳感器測量儀與小型風洞可以是連為一體的。

本發(fā)明所述的一種用小型風洞構建的空氣阻力系數(shù)測定儀，其特征是：與該空氣阻力系數(shù)測定儀配套有不少于六種的軸對稱的測試效應物，這些測試效應物都具有相同的橫截面積。

本發(fā)明所述的一種用小型風洞構建的空氣阻力系數(shù)測定儀，其特征是：該空氣阻力系數(shù)測定儀的全部裝置是放在桌面上的。

本發(fā)明的有益效果是：為教學和科研提供了一種小型、方便的研究空氣阻力系數(shù)的定量測量的儀器。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。

圖1是本儀器的主體結構示意圖。

圖2是為本儀器配套設計的六種的軸對稱的測試效應物示意圖。

圖3是測試效應物與力傳感器和力傳感器支架之間的相對位置關系的細節(jié)示意圖。

在圖1中：1.有機玻璃大圓筒，2.鼓風機，2-1.鼓風機軟管，3.風箱，3-1.風箱的內噴頭，4.儀器安裝底座，5.平板出風口，6.測試效應物，7.力傳感器，8.力傳感器支架，9.信號傳輸線，10.力傳感器測量儀，11.力傳感器測量儀的顯示窗口，12.大圓筒中部的測壓孔，13.輸氣軟管，14.U型液壓差計，15.U型液壓差計上的標尺，16.U型管上顯示的液位差，17.固定大平板和大圓筒的支架，18.大平板。

在圖2中：6.平板狀測試效應物，6-1.圓柱體測試效應物，6-2.單頭圓錐體測試效應物，6-3.雙頭圓錐體測試效應物，6-4.圓球體測試效應物，6-5.水滴狀測試效應物。

在圖3中：6.測試效應物(僅畫出細桿)，7.力傳感器，8.力傳感器支架，上面顯示有一個空洞。

具體實施方式

按圖1將鼓風機(2)通過鼓風機軟管(2-1)與風箱(3)連接，將大圓筒(1)和大平板(18)與風箱(3)三者用固定大平板和大圓筒的支架(17)固定起來。風箱的內噴頭(3-1)在大圓筒(1)內，向大圓筒(1)內吹氣，然后氣流從平板出風口(5)高速噴出。在大圓筒(1)中部有一個測壓孔(12)通過輸氣軟管(13)與U型液壓差計(14)連接。根據(jù)平板出風口(5)風速的不同，U型液壓差計(14)可測得不同的空氣壓差，借助U型液壓差計上的標尺(15)可以讀出U型管上顯示的液位差(16)。在平板出風口(5)的上方有一個感知風壓的測試效應物(6)，該測試效應物(6)的細桿連接在力傳感器(7)上，而力傳感器(7)則是安裝在力傳感器支架(8)上的。測試效應物(6)安裝在平板出風口(5)的正上方，并對準出風口(5)，根據(jù)測試效應物(6)所受到的不同風壓，力傳感器(7)可感應出不同的電信號，通過信號傳輸線(9)傳到力傳感器測量儀(10)中，力傳感器測量儀的顯示窗口(11)可顯示出力的大小來。力傳感器測量儀(10)可以是獨立設置的，也可以與儀器安裝底座(4)連為一體。

按圖3的安裝方法，測試效應物(6)的細桿與力傳感器(7)連接在一起，連接的方法可以用螺絲固定。在力傳感器支架(8)上有一個空洞，測試效應物(6)的細桿從空洞中穿過，與力傳感器支架(8)不直接接觸。力傳感器(7)則是安裝在力傳感器支架(8)上的。

在圖2中展示的是六種常見形狀的測試效應物，在用本儀器做測量研究時可分別將此六件測試效應物安裝在力傳感器(7)上，以比較各自所受的風壓情況。本發(fā)明提出的配套的六種測試效應物只是一種配套方法，并不局限于只有六種的數(shù)量限制。