風力機空氣動力學(xué)翼型動力學(xué)

1、風力機空氣動力學(xué)翼型動力學(xué) 第1頁，共54頁，2022年，5月20日，5點5分，星期四概述 風能是一種清潔的可再生能源，風力發(fā)電是風能利用的重要形式，也是目前可再生能源中技術(shù)最成熟、最具有規(guī)?；_發(fā)條件和商業(yè)化發(fā)展前景的發(fā)電方式之一。 風能技術(shù)是一項綜合技術(shù)，它涉及空氣動力學(xué)、結(jié)構(gòu)動力學(xué)、氣象學(xué)、機械工程、電氣工程、控制技術(shù)、材料科學(xué)、環(huán)境科學(xué)等多個學(xué)科和多種領(lǐng)域。華北電力大學(xué)風能專業(yè)課程風力機空氣動力學(xué)2第2頁，共54頁，2022年，5月20日，5點5分，星期四華北電力大學(xué)風能專業(yè)課程風力機空氣動力學(xué)3概述風力發(fā)電通過風力機的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸變速系統(tǒng)發(fā)電機等，把風所具有的動能機械能電能的過程。通過作

2、用轉(zhuǎn)子葉片上的空氣動力或力矩驅(qū)動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。風力機空氣動力學(xué)是從事風電工作的工程師們所必須具備的專業(yè)基礎(chǔ)知識。第3頁，共54頁，2022年，5月20日，5點5分，星期四華北電力大學(xué)風能專業(yè)課程風力機空氣動力學(xué)4概述第4頁，共54頁，2022年，5月20日，5點5分，星期四華北電力大學(xué)風能專業(yè)課程風力機空氣動力學(xué)5概述第5頁，共54頁，2022年，5月20日，5點5分，星期四華北電力大學(xué)風能專業(yè)課程風力機空氣動力學(xué)6內(nèi)容提要空氣動力學(xué)基礎(chǔ)參考書目空氣動力學(xué)，錢翼禝 流體力學(xué)，王松嶺空氣動力學(xué)基礎(chǔ)，徐華舫風力機空氣動力學(xué)參考書風工程與工業(yè)空氣動力學(xué)， 賀德馨第6頁，共54頁，2022年，5月20日，

3、5點5分，星期四風力機翼型風力機翼型：風力機葉片的剖面形狀稱之為風力機翼型 其對風力機性能有很大影響風力機翼型主要選自航空翼型，如NACA44系列，NACA63-2系列華北電力大學(xué)風能專業(yè)課程風力機空氣動力學(xué)7第7頁，共54頁，2022年，5月20日，5點5分，星期四華北電力大學(xué)風能專業(yè)課程風力機空氣動力學(xué)81：空氣動力學(xué)基礎(chǔ) 1-1:低速翼型翼型的幾何參數(shù) 翼型的形狀中弧線：翼型周線內(nèi)切圓圓心的連線稱為中弧線，也可將垂直于弦線度量的上、下表面間距離的中點連線稱為中弧線。它是表示翼型彎曲程度的一條曲線前緣厚度t中弧線后緣彎度f弦線弦長c 后緣角第8頁，共54頁，2022年，5月20日，5點5分

4、，星期四華北電力大學(xué)風能專業(yè)課程風力機空氣動力學(xué)91：空氣動力學(xué)基礎(chǔ) 翼型的形狀前緣 ：翼型中弧線的最前點稱為翼型前緣。后緣 ：翼型中弧線的最后點稱為翼型后緣。弦長 ：翼型前后緣之間的連線稱為翼型弦線，弦線的長度 稱為翼型弦長。翼弦是翼型的特征長度，單位為米前緣厚度t中弧線后緣彎度f弦線弦長c 后緣角第9頁，共54頁，2022年，5月20日，5點5分，星期四華北電力大學(xué)風能專業(yè)課程風力機空氣動力學(xué)101：空氣動力學(xué)基礎(chǔ) 翼型空氣動力特性上翼面 ：凸出的翼型表面下翼面： 平緩的翼型表面前緣厚度t中弧線后緣彎度f弦線弦長c 后緣角第10頁，共54頁，2022年，5月20日，5點5分，星期四1：空氣

5、動力學(xué)基礎(chǔ) 翼型空氣動力特性厚度t：翼型周線內(nèi)切圓的直徑稱為翼型厚度，也可將垂直于弦線度量的上、下表面間的距離稱為翼型厚度。 最大厚度與弦長的比值稱為翼型相對厚度，又稱為厚弦比。相對厚度用百分數(shù)表示。前緣厚度t中弧線后緣彎度f弦線弦長c 后緣角風能專業(yè)課程風力機空氣動力學(xué)華北電力大學(xué)第11頁，共54頁，2022年，5月20日，5點5分，星期四1：空氣動力學(xué)基礎(chǔ) 翼型空氣動力特性最大厚度位置：翼型的最大厚度所在的位置到前緣的距離稱為最大厚度位置，通常以其與翼弦的比值來表示。 前緣厚度t中弧線后緣彎度f弦線弦長c 后緣角風能專業(yè)課程風力機空氣動力學(xué)華北電力大學(xué)第12頁，共54頁，2022年，5月2

6、0日，5點5分，星期四1：空氣動力學(xué)基礎(chǔ) 翼型空氣動力特性彎度f：中弧線到弦線的最大垂直距離稱為翼型彎度，彎度與弦長的比值稱為相對彎度。相對彎度的大小表示翼型的不對稱程度。前緣厚度t中弧線后緣彎度f弦線弦長c 后緣角風能專業(yè)課程風力機空氣動力學(xué)華北電力大學(xué)第13頁，共54頁，2022年，5月20日，5點5分，星期四翼型的氣動特性 翼型所受的力是作用在上下表面的分布力之合力。表面力有兩種，一種是法向力，即壓力；另一種是切向力，即摩擦阻力。這里定義和遠前方來流相垂直的合力為升力，而與遠方來流方向相一致的合力為阻力，升力和阻力通常表示為量綱為一的升力系數(shù) 和阻力系數(shù) ，二者的定義如下：其中的L和D分

7、別代表升力和阻力，單位為N；來流的動壓頭為 ，單位是 C是弦長，單位是m.Cd風能專業(yè)課程風力機空氣動力學(xué)華北電力大學(xué)1：空氣動力學(xué)基礎(chǔ) 翼型空氣動力特性第14頁，共54頁，2022年，5月20日，5點5分，星期四俯仰力矩 翼型上的分布壓力可以合成一個力（升力）和一個力矩，如下圖所示,這個力矩名為俯仰力矩。 俯仰力矩系數(shù)： 翼型的升力和俯仰力矩 規(guī)定抬頭力矩為正，低頭力矩為負。俯力矩系數(shù)是翼型的重要氣動參數(shù)之一 ，計算全機的平衡時必須用到它。 風能專業(yè)課程風力機空氣動力學(xué)華北電力大學(xué)1：空氣動力學(xué)基礎(chǔ) 翼型空氣動力特性第15頁，共54頁，2022年，5月20日，5點5分，星期四1.作用在翼型上

8、的氣動力升力重要概念：攻角（又稱迎角）華北電力大學(xué)風能專業(yè)課程風力機空氣動力學(xué)161：空氣動力學(xué)基礎(chǔ) 翼型空氣動力特性第16頁，共54頁，2022年，5月20日，5點5分，星期四機翼攻角迎角的大小反映了相對氣流與機翼之間的相互關(guān)系。迎角不同，相對氣流流過機翼時的情況就不同，產(chǎn)生的空氣動力就不同，從而升力也不同。所以迎角是機翼產(chǎn)生空氣動力的重要參數(shù)迎角有正負之分:氣流方向指向機翼下表面的為正迎角，如圖中(a)、(b)所示。氣流方向指向機翼上表面的為負迎角，如圖中(c)所示。風能專業(yè)課程風力機空氣動力學(xué)華北電力大學(xué)1：空氣動力學(xué)基礎(chǔ) 翼型空氣動力特性第17頁，共54頁，2022年，5月20日，5點

9、5分，星期四從空氣流過機翼的流線譜中可以看到，空氣流到機翼前緣，分成上下兩股，分別沿機翼上、下表面向后流動，由于機翼有一定的正迎角，上表面又比較凸出，所以機翼上表面的流管必然變細，根據(jù)連續(xù)方程和伯努利方程可知其流速增大、壓強下降。下表面則相反，流管變粗，流速減少，壓強增大。垂直于相對氣流方向壓力差就是機翼的升力。 升力如何產(chǎn)生？風能專業(yè)課程風力機空氣動力學(xué)華北電力大學(xué)1：空氣動力學(xué)基礎(chǔ) 翼型空氣動力特性第18頁，共54頁，2022年，5月20日，5點5分，星期四壓力中心（又稱氣動中心） 壓力中心即氣動合力的作用點，是合力作用線與翼弦的交點。作用在壓力中心上的只有升力與阻力，而無力矩。 壓力中心

10、的位置通常用距前緣的 距離表示，大多數(shù)普通翼型的氣動中心位于0.25倍弦長處。華北電力大學(xué)風能專業(yè)課程風力機空氣動力學(xué)191：空氣動力學(xué)基礎(chǔ) 翼型空氣動力特性第19頁，共54頁，2022年，5月20日，5點5分，星期四二 翼型表面的壓力分布 為了便于分析機翼各部分對產(chǎn)生升力的貢獻，根據(jù)圖的實驗，可繪出機翼上下表面壓強分布圖。在壓強分布圖上繪出的不是各點絕對壓強值，而且壓力系數(shù) 。其定義如下：式中P是機翼上某點的絕對壓強 風能專業(yè)課程風力機空氣動力學(xué)華北電力大學(xué)1：空氣動力學(xué)基礎(chǔ) 翼型空氣動力特性第20頁，共54頁，2022年，5月20日，5點5分，星期四根據(jù)氣流的低速伯努利利方程，壓力系數(shù)可以

11、表示為如下形式： 式中為機翼表面某一點流速。根據(jù)實驗，在低速范圍內(nèi)，機翼的流線譜基本不隨速度變化，亦即流管截面積基本不變，由不可壓流連續(xù)方程可知是一個確定的數(shù),壓力系數(shù)也就是一個確定的數(shù)，當迎角和翼型改變時，流線譜也要發(fā)生變化，壓力系數(shù)也隨之而改變。綜上所述，在低速范圍內(nèi)，壓力系數(shù)只隨翼型和迎角變化，與氣流動壓無關(guān)。風能專業(yè)課程風力機空氣動力學(xué)華北電力大學(xué)1：空氣動力學(xué)基礎(chǔ) 翼型空氣動力特性第21頁，共54頁，2022年，5月20日，5點5分，星期四翼型的壓強分布圖分兩種表示方法。一種是矢量法，另一種是坐標法。 矢量法：如圖所示，圖中各線段均垂直于翼型表面，線段的長度表示壓力系數(shù)的大小，箭頭向

12、外為負值，箭頭向里為正值, 將各個矢量的外端用平滑的曲線連接起來，便是用矢量表示的壓強分布圖。 圖中壓強最低吸力最大的一點(B點)是最低壓強點。在前緣近，壓強最高的一點(A)，是前駐點。風能專業(yè)課程風力機空氣動力學(xué)華北電力大學(xué)1：空氣動力學(xué)基礎(chǔ) 翼型空氣動力特性第22頁，共54頁，2022年，5月20日，5點5分，星期四坐標法：如圖所示，以翼弦相對量xc作橫坐標，將機翼各測點投影在橫坐標(翼弦)上，然后將各測點上的壓力數(shù)值作為縱坐標畫出。 壓力系數(shù)為正的畫在橫坐標下方，壓力系數(shù)為負的畫在橫坐標上方，再用平滑曲線依次連接圖上各點，這就是用坐標表示的壓強分布圖。用坐標法表示的機翼壓強分布風能專業(yè)課

13、程風力機空氣動力學(xué)華北電力大學(xué)1：空氣動力學(xué)基礎(chǔ) 翼型空氣動力特性第23頁，共54頁，2022年，5月20日，5點5分，星期四翼型表面壓強分布 翼面壓強分布不僅是結(jié)構(gòu)設(shè)計和強度計算的主要外載荷依據(jù)，也可用來判斷翼型繞流流態(tài)和近似確定升力和力矩特性。 如果已知翼型的壓強分布,則小迎角時的升力系數(shù)和力矩系數(shù)可通過下列積分計算求得， 風能專業(yè)課程風力機空氣動力學(xué)華北電力大學(xué)1：空氣動力學(xué)基礎(chǔ) 翼型空氣動力特性第24頁，共54頁，2022年，5月20日，5點5分，星期四由上式可以看出，升力系數(shù)就是壓強分布圖中上下翼面壓力系數(shù)曲線所圍的面積。有了翼型的壓強分布圖，便可了解翼型各部分所產(chǎn)生的升力在總升力中

14、所占的比重。圖 表明：機翼產(chǎn)生升力主要靠上表面的壓強減少(產(chǎn)生吸力)的作用，而不是靠下表面的壓強增大。由上表面的吸力所形成的升力一般約占總升力的6080%，而由下表面的壓強所形成的升力只占總升力的2040。 風能專業(yè)課程風力機空氣動力學(xué)華北電力大學(xué)1：空氣動力學(xué)基礎(chǔ) 翼型空氣動力特性第25頁，共54頁，2022年，5月20日，5點5分，星期四升力的推導(dǎo)：無限長翼展距形型翼風能專業(yè)課程風力機空氣動力學(xué)華北電力大學(xué)1：空氣動力學(xué)基礎(chǔ) 翼型空氣動力特性為了推導(dǎo)升力公式，假設(shè)氣流以速度 連續(xù)、穩(wěn)定流過一個固定迎角的、無限長翼展的矩形翼，此機翼上每個剖面的翼型都是完全相同的。如圖所示，在機翼上沿翼展方向

15、取長度為 的一段機翼。其面積 為計算整個機翼的升力，首先在其上任取一長度為 、寬度為 、面積為 的一小塊微元機翼ds=第26頁，共54頁，2022年，5月20日，5點5分，星期四可以認為這塊微元機翼的上、下表面壓力分布是均勻的，這樣就很容易算出它的升力。 流過機翼上下表面的氣流速度、壓強在-截面處分別為 、 及、，根據(jù)壓力系數(shù)定義有 第27頁，共54頁，2022年，5月20日，5點5分，星期四機翼無限小面積所產(chǎn)生的升力（見圖）應(yīng)為 而 則得 整個機翼的升力(Y)應(yīng)為： 取 ，上式改寫成： 令 稱為升力系數(shù)，于是機翼的升力為： 第28頁，共54頁，2022年，5月20日，5點5分，星期四上式稱為

16、升力公式，它雖是用無限矩形翼推導(dǎo)出來的，但同樣適用于各種平面形狀有限長機翼。從公式可以看出機翼升力大小與相對氣流的動壓成正比，與機翼面積成正比，與升力系數(shù)成正比。 升力系數(shù)的大小綜合地反映了迎角，翼型等因素對升力的影響，一般由實驗測定。從實驗結(jié)果看，相對彎度大的機翼，其升力系數(shù)大，這里因為相對彎度大，上下翼面流管的變化大，上下壓力系數(shù)的差值就大。華北電力大學(xué)風能專業(yè)課程風力機空氣動力學(xué)1：空氣動力學(xué)基礎(chǔ) 翼型空氣動力特性第29頁，共54頁，2022年，5月20日，5點5分，星期四翼型的升力特性：用升力系數(shù)CL隨攻角變化的曲線（升力特性曲線）來描述。如圖所示華北電力大學(xué)風能專業(yè)課程風力機空氣動力

17、學(xué)30。1：空氣動力學(xué)基礎(chǔ) 翼型空氣動力特性第30頁，共54頁，2022年，5月20日，5點5分，星期四華北電力大學(xué)風能專業(yè)課程風力機空氣動力學(xué)311：空氣動力學(xué)基礎(chǔ) 翼型空氣動力特性當攻角不大時，升力系數(shù)基本上隨攻角的增大而正比例增大；當攻角較大時，升力系數(shù)隨攻 角增大時的趨勢減弱，曲線得平緩；當攻角增大到一定值，即臨界 角攻角時，升力系數(shù)將隨攻角的增大而減少。第31頁，共54頁，2022年，5月20日，5點5分，星期四升力系數(shù)隨攻角的變化規(guī)律，可以從左圖的流線譜和壓強分布隨攻角的變化中得到解釋，攻角不大時，機翼后緣的渦流還小，對機翼流線譜的影響不大，上下表面的壓力系數(shù)基本上隨攻角成比例變化

18、；當攻角較大時,后緣渦流區(qū)增大到開始影響流線譜和壓強分布.升力系數(shù)隨攻角增大的比較緩慢，當攻角等于臨界迎角時，后緣渦流區(qū)迅速擴大，氣流已不能平順地流過機翼上表面；壓力系數(shù)(絕對值)急劇減少，升力系數(shù)下降。華北電力大學(xué)風能專業(yè)課程風力機空氣動力學(xué)1：空氣動力學(xué)基礎(chǔ) 翼型空氣動力特性第32頁，共54頁，2022年，5月20日，5點5分，星期四(二)表征翼型升力特征的幾個參數(shù) 1零升力迎角 升力系數(shù)為零的迎角，稱為零升力迎角，記作 。不同翼型的零升力迎角的大小是不同的，主要是隨翼型的相對彎度而變化。相對彎度大， 的絕對值也大，對稱形翼型的 等于零。2臨界迎角和最大升力系數(shù)( Clmax )。 在翼型

19、的升力特性曲線上，當升力系數(shù)從零增加時，出現(xiàn)的第一個局部最大值，稱為最大升力系數(shù)。最大升力系數(shù)所對應(yīng)的迎角，稱為臨界迎角。華北電力大學(xué)風能專業(yè)課程風力機空氣動力學(xué)1：空氣動力學(xué)基礎(chǔ) 翼型空氣動力特性第33頁，共54頁，2022年，5月20日，5點5分，星期四影響最大升力系數(shù) 的因素很多，主要是翼型的相對彎度、最大彎度位置、厚弦比、前緣半徑等。實驗表明，相對彎度較大的翼型，最大升力系數(shù)較大，同一相對彎度，最大彎度位置在15左右時， 最大，對普通翼型，厚弦比在914范圍內(nèi)， 最大。 3升力系數(shù)曲線斜率( ) 升力系數(shù)曲線斜率是指改變單位迎角時，升力系數(shù)的相應(yīng)的改變量，即 ，如翼型、飛行M數(shù)一定時，

20、也可以寫成 在中小迎角范圍內(nèi)，由于翼型上表面的氣流分離還不顯著， 與 成線性關(guān)系， 等于常數(shù)，每個翼型的精確值應(yīng)由實驗確定。若已知 可用下式估算中小迎角范圍內(nèi)的 。 第34頁，共54頁，2022年，5月20日，5點5分，星期四翼型的阻力 翼型的阻力包括摩擦阻力和壓差阻力： 摩擦阻力：根據(jù)以前所說的有關(guān)氣體粘性及低速附面層的知識，我們知道，空氣流過機翼時，由于空氣有粘性，在貼近機翼表面的地方形成附面層。在附面層內(nèi)特別是附面層底層有顯著的速度梯度，因此在機翼表面就存在摩擦力，其方向切于物面。機翼表面各處摩擦力在相對氣流方向上的投影的總和，就是整個機翼的摩擦阻力。 壓差阻力：空氣流過機翼的過程中，在

21、機翼前緣受到阻擋，流速減慢，壓強增大；在機翼后緣，壓強減少，特別是在較大迎角下，由于氣流分離形成渦流區(qū)，在渦流區(qū)內(nèi)壓強減少較多，這樣，機翼前后便產(chǎn)生壓強差，形成阻力，這種阻力叫做壓差阻力 華北電力大學(xué)風能專業(yè)課程風力機空氣動力學(xué)1：空氣動力學(xué)基礎(chǔ) 翼型空氣動力特性第35頁，共54頁，2022年，5月20日，5點5分，星期四翼型的阻力特性：即可以用翼型阻力系數(shù)隨攻角變化的阻力特性曲線描述，也可以用翼型阻力系數(shù)隨翼型升力系數(shù)變化的極曲線來表示。 華北電力大學(xué)風能專業(yè)課程風力機空氣動力學(xué)36兩個特性參數(shù)：最小阻力系數(shù)CDmin及對應(yīng)攻角CDmin1：空氣動力學(xué)基礎(chǔ) 翼型空氣動力特性第36頁，共54頁

22、，2022年，5月20日，5點5分，星期四 阻力系數(shù)曲線 阻力系數(shù)是隨著迎角的增大而不斷增大的。在小迎角下，阻力系數(shù)較小，且增大得較慢，此時翼型阻力主要是摩擦阻力，隨著攻角的增大，翼型表面發(fā)生流動分離，壓差阻力在總阻力中所占的比重逐漸增大。當攻角繼續(xù)增時，翼型表面發(fā)生嚴重的流動分離，渦流區(qū)迅速擴大，壓差阻力急劇增大，阻力系數(shù)也劇烈增大。阻力系數(shù)隨攻角增加迅速增大。在曲線上阻力系數(shù)最小值，稱為最小阻力系數(shù)。它是一個很主要的氣動參數(shù)。第37頁，共54頁，2022年，5月20日，5點5分，星期四極曲線： 在風力機的設(shè)計中往往更關(guān)心升力和阻力的比值升阻比L/D以及最佳升阻比。通過極曲線（又稱艾菲爾曲線

23、）來討論。華北電力大學(xué)風能專業(yè)課程風力機空氣動力學(xué)381：空氣動力學(xué)基礎(chǔ) 翼型空氣動力特性第38頁，共54頁，2022年，5月20日，5點5分，星期四極曲線上的每一點對應(yīng)一種升阻比及相應(yīng)的攻角狀態(tài)，如0、CDmin、CT等。 為了得到最佳升阻比，可從原點作極曲線的切線，由于此時的夾角最大，故切點處的升阻比CL/CD=tg 最大，對應(yīng)的攻角為最有利攻角。華北電力大學(xué)風能專業(yè)課程風力機空氣動力學(xué)391：空氣動力學(xué)基礎(chǔ) 翼型空氣動力特性第39頁，共54頁，2022年，5月20日，5點5分，星期四隨著航空科學(xué)的發(fā)展，世界各主要航空發(fā)達的國家建立了各種翼型系列。美國有NACA系列，德國有DU系列，英國有

24、RAE系列等。這些翼型的資料包括幾何特性和氣動特性，可供氣動設(shè)計人員選取合適的翼型。在現(xiàn)有的翼型資料中，NACA翼型系列的資料比較豐富，飛行器上采用這一系列的翼型也比較多。NACA翼型系列主要包括下列一些翼型族：華北電力大學(xué)風能專業(yè)課程風力機空氣動力學(xué)1：空氣動力學(xué)基礎(chǔ) 翼型空氣動力特性第40頁，共54頁，2022年，5月20日，5點5分，星期四華北電力大學(xué)風能專業(yè)課程風力機空氣動力學(xué)41NACA四位數(shù)字翼族這是最早建立的一個低速翼型族，它的中弧線由前后兩端拋物線組成，在中弧線的最高點處二者相切；厚度分布函數(shù)由經(jīng)驗的解析公式確定。NACA翼型族的厚度分布用式子表示為: 式中t為翼型的最大厚度。

25、中弧線方程是：式中的f是中弧線最高點的縱坐標，p 是此點最高的弦向位置。1：空氣動力學(xué)基礎(chǔ) 翼型空氣動力特性第41頁，共54頁，2022年，5月20日，5點5分，星期四華北電力大學(xué)風能專業(yè)課程風力機空氣動力學(xué)42 NACA四位數(shù)翼型的表達方式： 翼型的生成 其中，第一位數(shù)代表中弧線最高點的縱坐標（即彎度）f，是弦長的百分數(shù)；第二位代表此最高點的弦向位置p,是弦長的十分數(shù)；最后的兩位數(shù)代表厚度，是弦長的百分數(shù)。例如 NACA0006是一個無彎度，厚6的翼型。NACA 2415 是一個有2彎度，中弧線最高點位置在40弦長處，厚度為15的翼型。1：空氣動力學(xué)基礎(chǔ) 翼型空氣動力特性第42頁，共54頁，

26、2022年，5月20日，5點5分，星期四華北電力大學(xué)風能專業(yè)課程風力機空氣動力學(xué)43NACA五位數(shù)字翼族 其中，第一位數(shù)代表彎度，但不是一個直接的幾何參數(shù)，而是通過設(shè)計升力系數(shù)來表達的，這個數(shù)乘以3/2就等于設(shè)計升力系數(shù)的10倍；第二、第三兩位數(shù)是2p，以弦長的百分數(shù)來表示；最后兩位數(shù)仍是百分厚度。例如：NACA23012這種翼型它的設(shè)計升力系數(shù)是2*3/20=0.30;p=(1/2)*30,即中弧線最高點的弦向位置在15弦長處，厚度仍為12。1：空氣動力學(xué)基礎(chǔ) 翼型空氣動力特性第43頁，共54頁，2022年，5月20日，5點5分，星期四華北電力大學(xué)風能專業(yè)課程風力機空氣動力學(xué)44層流翼型 從

27、粘流的研究中知道，在同一個雷諾數(shù)下，物體的摩擦阻力系數(shù)還取決于邊界層中的流態(tài)，紊流的摩阻系數(shù)可以比層流的大好幾倍。促使流態(tài)從層流過渡到紊流的因素有好幾個，其中壓強梯度是最重要的一個。在順壓梯度（dp/ds0）下，流態(tài)容易變?yōu)槲蓱B(tài)，逆壓梯度越大，流態(tài)變化越早。NACA四位數(shù)翼型和五位數(shù)字翼型,不論迎角大小，上翼面的最低壓強點都十分靠近前緣，氣流過了最低壓強點之后就開始減速了。所以這些翼型的上翼面邊界層中氣流所走的路程有95以上是在逆壓梯度區(qū)內(nèi)，邊界層內(nèi)的流態(tài)很快轉(zhuǎn)變成了紊流，結(jié)果翼型的摩擦阻力中紊流摩阻占了很大比重。 為了盡量使最低壓強點向后移，以加長順壓梯度段的長度，減短逆壓梯度段，以此來減小

28、摩阻所占比重，從而大大降低翼型的總摩阻。這樣對應(yīng)的翼型為層流翼型的翼族。1：空氣動力學(xué)基礎(chǔ) 翼型空氣動力特性第44頁，共54頁，2022年，5月20日，5點5分，星期四層流翼型是一種為使翼表面保持大范圍的層流，以減小阻力而設(shè)計的翼型。與普通翼型相比，層流翼型的最大厚度位置更靠后緣，前緣半徑較小，上表面比較平坦，能使翼表面盡可能保持層流流動，從而可減少摩擦阻力。層流翼型基本原理是在氣流達到接近機翼后緣升壓區(qū)之前，盡可能在更長的距離上繼續(xù)加速，就可以推遲由層流向湍流的轉(zhuǎn)捩。層流翼型是翼型發(fā)展的重要里程碑。從20世紀30年代末開始，一批空氣動力學(xué)家在理論和試驗研究基礎(chǔ)上提出了層流翼型設(shè)計方法。美國N

29、ACA在40年代中期發(fā)布了新的翼型族NACA1系7系翼型，其中NACA6系層流翼型最為成功，在高速飛機上得到廣泛應(yīng)用。層流翼型分別有6個系列：NACA1，NACA2，。，NACA6。后者常用六位數(shù)表示。如：NACA 653218:表示6系列；當為對稱翼型、沖角為零時，最低壓力點位于50弦長處，在升力系數(shù)為0.3附近時，翼面壓力分布較好；設(shè)計升力系數(shù)為0.2，厚度為0.181：空氣動力學(xué)基礎(chǔ) 翼型空氣動力特性第45頁，共54頁，2022年，5月20日，5點5分，星期四華北電力大學(xué)風能專業(yè)課程風力機空氣動力學(xué)46翼型的低速繞流圖畫 NACA4412的翼型壓強分布（沖角12度） 層流翼型的速度分布1

30、：空氣動力學(xué)基礎(chǔ) 翼型空氣動力特性第46頁，共54頁，2022年，5月20日，5點5分，星期四低速翼型的流動特點及起動渦翼型繞流圖畫(a) 00迎角繞流(b) 50迎角繞流華北電力大學(xué)風能專業(yè)課程風力機空氣動力學(xué)1：空氣動力學(xué)基礎(chǔ) 翼型空氣動力特性第47頁，共54頁，2022年，5月20日，5點5分，星期四低速翼型氣動特性(c) 150迎角繞流(d) 200迎角繞流華北電力大學(xué)風能專業(yè)課程風力機空氣動力學(xué)第48頁，共54頁，2022年，5月20日，5點5分，星期四翼型失速以及失速性能 失速：機翼在攻角超過某個臨界值后，升力系數(shù)隨攻角增大而減小的現(xiàn)象 在攻角不太大時，機翼的升力系數(shù)CL隨攻角的增大而直線增大，這時，機翼上邊界層基本沒有分離。但當攻角大到一定程度后，機翼的上翼面出現(xiàn)較大的分離區(qū),CL隨增大的幅度減小，當達到某個臨界值時，升力系數(shù)達最大值。這時攻角再增大,上翼面氣流出現(xiàn)嚴重分離，升力系數(shù)不但不增加,反而下降華北電力大學(xué)風能專業(yè)課程風力機空氣動力學(xué)1：空氣動力學(xué)基礎(chǔ) 翼型空氣動力特性第49頁，共54頁，2022年，5月20日，5點5分，星期四機翼