一架小型飞机由推进器获得大部分的向前推力,螺旋桨由内燃机或电动机驱动。螺旋桨旋转的角速度通常以每分钟转数(RPM )为单位测量,而飞机的推力与螺旋桨的转速成正比。
一个以弧度为单位的圆(一个圆周为2π,即:360度=2π),在单位时间内所走的弧度即为角速度。
通常使用转速表测量飞机的转速,该实验显示了如何使用DrDAQ 数据记录器测量RPM(转数/分) 。
所需设备
DrDAQ数据记录仪 、PicoScope示波器软件、模型飞机、手电筒。
实验设置
对于该实验,使用具有两个螺旋桨的小型飞机,每个具有两个叶片。这个实验是使用DrDAQ的光传感器来测量旋转螺旋桨的频率。使用简单的手电筒作为光源。由于螺旋桨由两个叶片组成,所以来自手电筒的光束将在螺旋桨的每转一次中断两次。
DrDAQ用于测量频率(f)在Hz(赫兹)的光束,并从这个转速可以计算,在国际单位制中,单位是“弧度/秒”。从此可以计算RPM:
螺旋桨转速=(频率/螺旋桨叶数)*一分钟秒数=(f / 2)* 60
PicoScope中的仪表功能可以以赫兹显示频率,也可以通过测量显示的波形来手动计算。在这种情况下,频率将是:
频率=(1 / T)* 1,000,000 - 其中T是波形在一个完整周期内以μs为单位的时间。
为了测量RPM,模型飞机被固定在直立位置的椅子上,使得螺旋桨面向下。手电筒固定在顶部,而DrDAQ数据记录仪保持在底部。DrDAQ的距离通过放置在几本书上进行调整,小心不要把它放在太靠近螺旋桨上。
图1:使用DrDAQ测量螺旋桨的RPM
在上面的图片中,手电筒显示非常靠近螺旋桨仅用于演示目的。在实际操作中,手电筒应保持较高的调整,以形成干净的螺旋桨阴影。为防止任何可能出现测量误差的干扰,应关闭附近所有的人造灯(如管灯,灯等)。
当设备正确定位时,光源被打开,PicoScope中的垂直刻度被调整以显示清晰的线。然后,使用飞机的遥控器,螺旋桨启动。短时间后,显示的波形应稳定。在这个阶段,波形和仪表可以停止,结果表明。
进一步研究
1、该实验可以扩展到完全研究螺旋桨的直径以及叶片的数量,叶片桨距和RPM如何影响飞机的推力。
2、可以使用一个小的DC电机、探讨电机的转速和电机的电枢电流是否有什么关系?