叶片翼型,失速,升力计算.doc

叶片的空气动力学基础 鹏芃在风力机基础知识一节中介绍过叶片的升力与阻力基本知识，本节将进一步介绍相关理论知识。在风力机基础知识一节中已作介绍的不再重复，仅介绍有关内容的提高部分。 常用叶片的翼型下面是一幅常见翼型的几何参数图，该翼型的中弧线是一条向上弯曲的弧线，称这种翼型为不对称翼型或带弯度翼型。 当弯度等于0时，中弧线与弦线重合，称这种翼型为对称翼型，下图为一个对称翼型。 下图是一个性能较好的低阻翼型，是带弯度翼型，在水平轴风力机中应用较多。 带弯度翼型的升力与失速 下面为一个低阻翼型的气流动力图，翼型弦线与气流方向的夹角（攻角）为，正常运行时气流附着翼型表面流过，靠近翼型上方的气流速度比下面的气流速度快，根据流体力学的伯努利原理，翼型受到一个上升的力Fl，当然翼型也会受到气流的阻力Fd。 这是正常的工作状态，有较大的升力且阻力很小。但翼型并不是在任何情况下都能产生大的升力。如果攻角大到一定程度，气体将不再附着翼型表面流过，在翼型上方气流会发生分离，翼型前缘后方会产生涡流，导致阻力急剧上升升力下降，这种情况称为失速。见下图 翼型什么时候开始失速，下面是这种翼型的升力系数与阻力系数随攻角的变化曲线参考图，图中绿色的是升力曲线、棕色的是阻力曲线。在曲线中可看出，攻角在11度以下时升力随增大而增大，当攻角大于11度时进入失速状态，升力骤然下降，阻力大幅上升，在等于45度时升力与阻力基本相等。翼型开始失速的攻角的值称为失速角。大多数有弯度的薄翼型与该曲线所示特性相近。在曲线图中看出翼型在攻角为0时依然有升力，这是因为即使攻角为0，翼型上方气流速度仍比下方快，故有升力，当攻角为一负值时，升力才为0，此时的攻角称为零升攻角或绝对零攻角。 翼型在失速前阻力是很小的，在近似计算中可忽略不计。 当攻角为0时，有弯度的翼型的压力中心在翼型的中部，随着攻角的增加（不大于失速角）压力中心向前移动到1/4弦长位置。 对称翼型的升力与失速对称翼型的升力与阻力等气动特性与有弯度翼型类似，但对称翼型在攻角为零时升力为零，因为此时翼型上面与下面气流速度相同。下面是对称翼型的升力系数与阻力系数随攻角的变化曲线参考图，图中绿色的是升力曲线、棕色的是阻力曲线。在升力型垂直轴风力机中较多使用对称翼型。 对称翼型的压力中心在不失速时在1/4弦长位置，不随攻角变化而移动。 比较有弯度的薄翼与对称翼型两个曲线图，两曲线相似，可近似认为在对称翼型中升力曲线经过0点，随着翼型弯度增加升力曲线向左方移动。 同时也近似认为在翼型失速前升力曲线的斜率是个常数，其值为0.1/度或5.73/弧度。 以上这些曲线都是在理想状态下的曲线，也就是翼型的雷诺数较大时的曲线。雷诺数小时最大升力系数会减小、失速攻角会减小、阻力系数也会增大。 叶片升力的计算示例 知道一个叶片的升力曲线，知道气体的流速与叶片的攻角就可以算出该叶片受到的升力，根据空气动力学，翼型在不失速状态下的升力计算公式如下： Fl=0.5*Cl*v*v*c*l式中Fl 是升力， 单位是N（牛顿） 是空气密度， 在低海拔、常温下约为1.23kg/m3Cl是升力系数 v是气体的流速， 单位是m/sc是翼型弦长， 单位是ml是叶片长度， 单位是m 计算示例1：有一个低阻型叶片，长度为8m，宽度（弦长）为1m，空气流动速度是20m/s，攻角为8度，求其升力：根据低阻型叶片曲线当攻角为8度时Cl为1.2， Fl=0.5*Cl*v*v*c*lFl=0.5*1.23*1.2*20*20*1*8=2361.6计算出升力为2361.6牛顿 计算示例2：有一个叶片为对称翼型，长度为8m，宽度（弦长）为1m，空气流动速度是25m/s，攻角为10度，求其升力： 对于对称翼型可根据攻角