风力机空气动力学翼型动力学1ppt课件

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1、华北电力大学华北电力大学风能专业课程风能专业课程 1风力机空气动力学风力机空气动力学华北电力大学可再生能源学院华北电力大学可再生能源学院概述 风能是一种清洁的可再生能源，风力发电是风能利用的重要方式，也是目前可再生能源中技术最成熟、最具有规模化开发条件和商业化开展前景的发电方式之一。 风能技术是一项综合技术，它涉及空气动力学、构造动力学、气候学、机械工程、电气工程、控制技术、资料科学、环境科学等多个学科和多种领域。华北电力大学华北电力大学风能专业课程风能专业课程 2华北电力大学华北电力大学风能专业课程风能专业课程 3概述风力发电风力发电经过风力机的转子经过风力机的转子 转轴转轴 变速系统变速系

2、统 发电机等，把风所具有发电机等，把风所具有的动能的动能 机械能机械能 电能的过程。电能的过程。经过作用转子叶片上的空气动力或力矩驱动转子转动。经过作用转子叶片上的空气动力或力矩驱动转子转动。风力机空气动力学是从事风电任务的工程师们所必需具备风力机空气动力学是从事风电任务的工程师们所必需具备的专业根底知识。的专业根底知识。华北电力大学华北电力大学风能专业课程风能专业课程 4概述华北电力大学华北电力大学风能专业课程风能专业课程 5概述华北电力大学华北电力大学风能专业课程风能专业课程 6内容提要空气动力学根底空气动力学根底参考书目参考书目空气动力学，钱翼禝空气动力学，钱翼禝 流膂力学，王松岭流膂力

3、学，王松岭空气动力学根底，徐华舫空气动力学根底，徐华舫风力机空气动力学风力机空气动力学参考书参考书风工程与工业空气动力学，风工程与工业空气动力学， 贺德馨贺德馨风力机翼型风力机翼型：风力机叶片的剖面外形称之为风力机翼型风力机翼型：风力机叶片的剖面外形称之为风力机翼型 其对风力机性能有很大影响其对风力机性能有很大影响风力机翼型主要选自航空翼型，如风力机翼型主要选自航空翼型，如NACA44系列，系列，NACA63-2系列系列华北电力大学华北电力大学风能专业课程风能专业课程 7华北电力大学华北电力大学风能专业课程风能专业课程 81：空气动力学根底 1-1:低速翼型翼型的几何参数翼型的几何参数 翼型的

4、外形翼型的外形中弧线：翼型周线内切圆圆心的连线称为中弧线，也可将垂直于弦线度量的上、中弧线：翼型周线内切圆圆心的连线称为中弧线，也可将垂直于弦线度量的上、下外表间间隔的中点连线称为中弧线。它是表示翼型弯曲程度的一条曲线下外表间间隔的中点连线称为中弧线。它是表示翼型弯曲程度的一条曲线前缘前缘厚度厚度t中弧线中弧线后缘后缘弯度弯度f弦线弦线弦长弦长c 后缘角华北电力大学华北电力大学风能专业课程风能专业课程 91：空气动力学根底 翼型的外形翼型的外形前缘前缘 ：翼型中弧线的最前点称为翼型前缘。：翼型中弧线的最前点称为翼型前缘。后缘后缘 ：翼型中弧线的最后点称为翼型后缘。：翼型中弧线的最后点称为翼型后

5、缘。弦长弦长 ：翼型前后缘之间的连线称为翼型弦线，弦线的长度：翼型前后缘之间的连线称为翼型弦线，弦线的长度 称为翼型弦长。翼弦是翼型的特征长度，单位为米称为翼型弦长。翼弦是翼型的特征长度，单位为米前缘前缘厚度厚度t中弧线中弧线后缘后缘弯度弯度f弦线弦线弦长弦长c 后缘角华北电力大学华北电力大学风能专业课程风能专业课程 101：空气动力学根底 翼型空气动力特性上翼面上翼面 ：凸出的翼型外表：凸出的翼型外表下翼面：下翼面： 平缓的翼型外表平缓的翼型外表前缘前缘厚度厚度t中弧线中弧线后缘后缘弯度弯度f弦线弦线弦长弦长c 后缘角1：空气动力学根底 翼型空气动力特性厚度厚度t：翼型周线内切圆的直径称为翼

6、型厚度，也：翼型周线内切圆的直径称为翼型厚度，也可将垂直于弦线度量的上、下外表间的间隔称为翼可将垂直于弦线度量的上、下外表间的间隔称为翼型厚度。型厚度。 最大厚度与弦长的比值称为翼型相对厚度，又称最大厚度与弦长的比值称为翼型相对厚度，又称为厚弦比。相对厚度用百分数表示。为厚弦比。相对厚度用百分数表示。前缘前缘厚度厚度t中弧线中弧线后缘后缘弯度弯度f弦线弦线弦长弦长c 后缘角风能专业课程风能专业课程 华北电力大学华北电力大学1：空气动力学根底 翼型空气动力特性最大厚度位置：翼型的最大厚度所在的位置到前缘最大厚度位置：翼型的最大厚度所在的位置到前缘的间隔称为最大厚度位置，通常以其与翼弦的比值的间隔

7、称为最大厚度位置，通常以其与翼弦的比值来表示。来表示。 前缘前缘厚度厚度t中弧线中弧线后缘后缘弯度弯度f弦线弦线弦长弦长c 后缘角风能专业课程风能专业课程 华北电力大学华北电力大学1：空气动力学根底 翼型空气动力特性弯度弯度f：中弧线到弦线的最大垂直间隔称为翼型弯：中弧线到弦线的最大垂直间隔称为翼型弯度，弯度与弦长的比值称为相对弯度。度，弯度与弦长的比值称为相对弯度。相对弯度的大小表示翼型的不对称程度。相对弯度的大小表示翼型的不对称程度。前缘前缘厚度厚度t中弧线中弧线后缘后缘弯度弯度f弦线弦线弦长弦长c 后缘角风能专业课程风能专业课程 华北电力大学华北电力大学翼型的气动特性翼型的气动特性 翼型

8、所受的力是作用在上下外表的分布力之合力。翼型所受的力是作用在上下外表的分布力之合力。外表力有两种，一种是法向力，即压力；另一种是切向力，外表力有两种，一种是法向力，即压力；另一种是切向力，即摩擦阻力。这里定义和远前方来流相垂直的合力为升力，即摩擦阻力。这里定义和远前方来流相垂直的合力为升力，而与远方来流方向相一致的合力为阻力，升力和阻力通常而与远方来流方向相一致的合力为阻力，升力和阻力通常表示为量纲为一的升力系数表示为量纲为一的升力系数 和阻力系数和阻力系数 ，二者的定，二者的定义如下：义如下：其中的其中的L L和和D D分别代表升力和阻力，单位为分别代表升力和阻力，单位为N N；来流的动压头

9、；来流的动压头为为 ，单位是，单位是 C C是弦长，单位是是弦长，单位是m.m.Cd风能专业课程风能专业课程 华北电力大学华北电力大学1：空气动力学根底 翼型空气动力特性俯仰力矩俯仰力矩 翼型上的分布压力可以合成一个力升力翼型上的分布压力可以合成一个力升力和一个力矩，如以下图所示和一个力矩，如以下图所示,这个力矩名为俯仰这个力矩名为俯仰力矩。力矩。 俯仰力矩系数：俯仰力矩系数： 翼型的升力和俯仰力矩翼型的升力和俯仰力矩 规定抬头力矩为正，低头力矩为负。俯力矩系规定抬头力矩为正，低头力矩为负。俯力矩系数是翼型的重要气动参数之一数是翼型的重要气动参数之一 ，计算全机的平衡，计算全机的平衡时必需用到

10、它。时必需用到它。 风能专业课程风能专业课程 华北电力大学华北电力大学1：空气动力学根底 翼型空气动力特性1.作用在翼型上的气动力升力作用在翼型上的气动力升力重要概念：攻角又称迎角重要概念：攻角又称迎角华北电力大学华北电力大学风能专业课程风能专业课程 161：空气动力学根底 翼型空气动力特性机翼攻角机翼攻角迎角的大小反映了相对气流与机翼之间的相互关系。迎角不同，相对气流流过机翼时的情况就不同，产生的空气动力就不同，从而升力也不同。所以迎角是机翼产生空气动力的重要参数迎角有正负之分:气流方向指向机翼下外表的为正迎角，如图中(a)、(b)所示。气流方向指向机翼上外表的为负迎角，如图中(c)所示。风

11、能专业课程风能专业课程 华北电力大学华北电力大学1：空气动力学根底 翼型空气动力特性从空气流过机翼的流线谱中可以看到，空气流到机翼前缘，分成上下两股，分别沿机翼上、下外表向后流动，由于机翼有一定的正迎角，上外表又比较凸出，所以机翼上外表的流管必然变细，根据延续方程和伯努利方程可知其流速增大、压强下降。下外表那么相反，流管变粗，流速减少，压强增大。垂直于相对气流方向压力差就是机翼的升力。 升力如何产生？升力如何产生？风能专业课程风能专业课程 华北电力大学华北电力大学1：空气动力学根底 翼型空气动力特性压力中心又称气动中心压力中心又称气动中心 压力中心即气动合力的作压力中心即气动合力的作用点，是合

12、力作用线与翼弦用点，是合力作用线与翼弦的交点。作用在压力中心上的交点。作用在压力中心上的只需升力与阻力，而无力的只需升力与阻力，而无力矩。矩。 压力中心的位置通常用距压力中心的位置通常用距前缘的前缘的 间隔表示，大多数普间隔表示，大多数普通翼型的气动中心位于通翼型的气动中心位于0.25倍弦优点。倍弦优点。华北电力大学华北电力大学风能专业课程风能专业课程 191：空气动力学根底 翼型空气动力特性二二 翼型外表的压力分布翼型外表的压力分布 为了便于分析机翼各部分对产为了便于分析机翼各部分对产生升力的奉献，根据图的实验，生升力的奉献，根据图的实验，可绘出机翼上下外表压强分布图。可绘出机翼上下外表压强

13、分布图。在压强分布图上绘出的不是各点在压强分布图上绘出的不是各点绝对压强值，而且压力系数绝对压强值，而且压力系数 。其定义如下：。其定义如下：式中P是机翼上某点的绝对压强 风能专业课程风能专业课程 华北电力大学华北电力大学1：空气动力学根底 翼型空气动力特性根据气流的低速伯努利利方程，压力系数可以表示为如下方式： 式中为机翼外表某一点流速。根据实验，在低速范围内，机翼的流线谱根本不随速度变化，亦即流管截面积根本不变，由不可压流延续方程可知是一个确定的数,压力系数也就是一个确定的数，当迎角和翼型改动时，流线谱也要发生变化，压力系数也随之而改动。综上所述，在低速范围内，压力系数只随翼型和迎角变化，

14、与气流动压无关。风能专业课程风能专业课程 华北电力大学华北电力大学1：空气动力学根底 翼型空气动力特性翼型的压强分布图分两种表示方翼型的压强分布图分两种表示方法。一种是矢量法，另一种是坐法。一种是矢量法，另一种是坐标法。标法。 矢量法：如下图，图中各线矢量法：如下图，图中各线段均垂直于翼型外表，线段的长段均垂直于翼型外表，线段的长度表示压力系数的大小，箭头向度表示压力系数的大小，箭头向外为负值，箭头向里为正值外为负值，箭头向里为正值, 将各个矢量的外端用平滑的将各个矢量的外端用平滑的曲线衔接起来，便是用矢量表示曲线衔接起来，便是用矢量表示的压强分布图。的压强分布图。 图中压强最低吸力最大的一图

15、中压强最低吸力最大的一点点(B点点)是最低压强点。在前缘是最低压强点。在前缘近，压强最高的一点近，压强最高的一点(A)，是前，是前驻点。驻点。风能专业课程风能专业课程 华北电力大学华北电力大学1：空气动力学根底 翼型空气动力特性坐标法：如下图，以翼弦相对量坐标法：如下图，以翼弦相对量xc作横坐标，将机翼各测点投作横坐标，将机翼各测点投影在横坐标影在横坐标(翼弦翼弦)上，然后将各上，然后将各测点上的压力数值作为纵坐标画测点上的压力数值作为纵坐标画出。出。 压力系数为正的画在横坐标下压力系数为正的画在横坐标下方，压力系数为负的画在横坐标方，压力系数为负的画在横坐标上方，再用平滑曲线依次衔接图上方，

16、再用平滑曲线依次衔接图上各点，这就是用坐标表示的压上各点，这就是用坐标表示的压强分布图。强分布图。用坐标法表示的机翼压强分布风能专业课程风能专业课程 华北电力大学华北电力大学1：空气动力学根底 翼型空气动力特性翼型外表压强分布翼型外表压强分布 翼面压强分布不仅是构造设计翼面压强分布不仅是构造设计和强度计算的主要外载荷根据，和强度计算的主要外载荷根据，也可用来判别翼型绕流流态和近也可用来判别翼型绕流流态和近似确定升力和力矩特性。似确定升力和力矩特性。 假设知翼型的压强分布假设知翼型的压强分布,那么那么小迎角时的升力系数和力矩系数小迎角时的升力系数和力矩系数可经过以下积分计算求得，可经过以下积分计

17、算求得， 风能专业课程风能专业课程 华北电力大学华北电力大学1：空气动力学根底 翼型空气动力特性由上式可以看出，升力系数就是由上式可以看出，升力系数就是压强分布图中上下翼面压力系数压强分布图中上下翼面压力系数曲线所围的面积。曲线所围的面积。有了翼型的压强分布图，便可了有了翼型的压强分布图，便可了解翼型各部分所产生的升力在总解翼型各部分所产生的升力在总升力中所占的比重。图升力中所占的比重。图 阐明：阐明：机翼产生升力主要靠上外表的压机翼产生升力主要靠上外表的压强减少强减少(产生吸力产生吸力)的作用，而不的作用，而不是靠下外表的压强增大。由上外是靠下外表的压强增大。由上外表的吸力所构成的升力普通约

18、占表的吸力所构成的升力普通约占总升力的总升力的6080%，而由下外表，而由下外表的压强所构成的升力只占总升力的压强所构成的升力只占总升力的的2040。 风能专业课程风能专业课程 华北电力大学华北电力大学1：空气动力学根底 翼型空气动力特性升力的推导：升力的推导：无限长翼展距形型翼风能专业课程风能专业课程 华北电力大学华北电力大学1：空气动力学根底 翼型空气动力特性为了推导升力公式，假设气流以速度 延续、稳定流过一个固定迎角的、无限长翼展的矩形翼，此机翼上每个剖面的翼型都是完全一样的。如下图，在机翼上沿翼展方向取长度为 的一段机翼。其面积 为计算整个机翼的升力，首先在其上任取一长度为 、宽度为

19、、面积为 的一小块微元机翼ds=可以以可以以为这块微元机翼的上、下外表微元机翼的上、下外表压力分布是均匀的，力分布是均匀的，这样就很容易算出它的升力。就很容易算出它的升力。 流流过机翼上下外表的气流速度、机翼上下外表的气流速度、压强在在-截面截面处分分别为 、 及、，根及、，根据据压力系数定力系数定义有有 机翼无限小面积所产生的升力见图应为机翼无限小面积所产生的升力见图应为 而而 那么得那么得 整个机翼的升力整个机翼的升力(Y)应为：应为： 取取 ，上式改写成：，上式改写成： 令令 称为升力系数，于是机翼的升力称为升力系数，于是机翼的升力为：为： 上式称为升力公式，它虽是用无限矩形翼推导出来的

20、，但同样适用于各种平面外形有限长机翼。从公式可以看出机翼升力大小与相对气流的动压成正比，与机翼面积成正比，与升力系数成正比。 升力系数的大小综合地反映了迎角，翼型等要素对升力的影响，普通由实验测定。从实验结果看，相对弯度大的机翼，其升力系数大，这里由于相对弯度大，上下翼面流管的变化大，上下压力系数的差值就大。华北电力大学华北电力大学风能专业课程风能专业课程 1：空气动力学根底 翼型空气动力特性翼型的升力特性：用升力系数翼型的升力特性：用升力系数CL随攻角随攻角变变化的曲化的曲线线 升力升力特性曲特性曲线线 来描画。如下来描画。如下图图华北电力大学华北电力大学风能专业课程风能专业课程 30。1：

21、空气动力学根底 翼型空气动力特性华北电力大学华北电力大学风能专业课程风能专业课程 311：空气动力学根底 翼型空气动力特性当攻角不大时，升力系数根本上随攻角的增大而正比例增大；当攻角较大时，升力系数随攻 角增大时的趋势减弱，曲线得平缓；当攻角增大到一定值，即临界 角攻角时，升力系数将随攻角的增大而减少。升力系数随攻角的变化规律，可以从左图的流线谱和压强分布随攻角的变化中得到解释，攻角不大时，机翼后缘的涡流还小，对机翼流线谱的影响不大，上下外表的压力系数根本上随攻角成比例变化；当攻角较大时,后缘涡流区增大到开场影响流线谱和压强分布.升力系数随攻角增大的比较缓慢，当攻角等于临界迎角时，后缘涡流区迅

22、速扩展，气流已不能平顺地流过机翼上外表；压力系数(绝对值)急剧减少，升力系数下降。华北电力大学华北电力大学风能专业课程风能专业课程 1：空气动力学根底 翼型空气动力特性(二)表征翼型升力特征的几个参数 1零升力迎角 升力系数为零的迎角，称为零升力迎角，记作 。不同翼型的零升力迎角的大小是不同的，主要是随翼型的相对弯度而变化。相对弯度大， 的绝对值也大，对称形翼型的 等于零。2临界迎角和最大升力系数( Clmax )。 在翼型的升力特性曲线上，当升力系数从零添加时，出现的第一个部分最大值，称为最大升力系数。最大升力系数所对应的迎角，称为临界迎角。华北电力大学华北电力大学风能专业课程风能专业课程

23、1：空气动力学根底 翼型空气动力特性影响最大升力系数影响最大升力系数 的要素很多，主的要素很多，主要是翼型的相要是翼型的相对对弯度、最大弯度位置、厚弦比、弯度、最大弯度位置、厚弦比、前前缘缘半径等。半径等。实验阐实验阐明，相明，相对对弯度弯度较较大的翼型，大的翼型，最大升力系数最大升力系数较较大，同一相大，同一相对对弯度，最大弯度位弯度，最大弯度位置在置在15左右左右时时， 最大，最大，对对普通翼型，厚普通翼型，厚弦比在弦比在914范范围围内，内， 最大。最大。 3升力系数曲升力系数曲线线斜率斜率( ) 升力系数曲升力系数曲线线斜率是指改斜率是指改动单动单位迎角位迎角时时，升，升力系数力系数的

24、相的相应应的改的改动动量，即量，即 ，如翼型、，如翼型、飞飞行行M数一定数一定时时，也可以写成也可以写成 在中小迎角范在中小迎角范围围内，由于内，由于翼型上外表的气翼型上外表的气流分流分别还别还不不显显著，著， 与与 成成线线性关系，性关系， 等等于常数，每个翼型的准确于常数，每个翼型的准确值应值应由由实验实验确定。假确定。假设设知知 可用下式估算中小迎角范可用下式估算中小迎角范围围内的内的 。 翼型的阻力翼型的阻力 翼型的阻力包括摩擦阻力和压差阻力：翼型的阻力包括摩擦阻力和压差阻力： 摩擦阻力：根据以前所说的有关气体粘性及低速附面层摩擦阻力：根据以前所说的有关气体粘性及低速附面层的知识，我们

25、知道，空气流过机翼时，由于空气有粘性，的知识，我们知道，空气流过机翼时，由于空气有粘性，在贴近机翼外表的地方构成附面层。在附面层内特别是在贴近机翼外表的地方构成附面层。在附面层内特别是附面层底层有显著的速度梯度，因此在机翼外表就存在摩附面层底层有显著的速度梯度，因此在机翼外表就存在摩擦力，其方向切于物面。机翼外表各处摩擦力在相对气流擦力，其方向切于物面。机翼外表各处摩擦力在相对气流方向上的投影的总和，就是整个机翼的摩擦阻力。方向上的投影的总和，就是整个机翼的摩擦阻力。 压差阻力：空气流过机翼的过程中，在机翼前缘遭到阻压差阻力：空气流过机翼的过程中，在机翼前缘遭到阻挠，流速减慢，压强增大；在机翼

26、后缘，压强减少，特别挠，流速减慢，压强增大；在机翼后缘，压强减少，特别是在较大迎角下，由于气流分别构成涡流区，在涡流区内是在较大迎角下，由于气流分别构成涡流区，在涡流区内压强减少较多，这样，机翼前后便产生压强差，构成阻力，压强减少较多，这样，机翼前后便产生压强差，构成阻力，这种阻力叫做压差阻力这种阻力叫做压差阻力 华北电力大学华北电力大学风能专业课程风能专业课程 1：空气动力学根底 翼型空气动力特性翼型的阻力特性：即可以用翼型阻力系数随攻角变翼型的阻力特性：即可以用翼型阻力系数随攻角变化的阻力特性曲线描画，也可以用翼型阻力系数随化的阻力特性曲线描画，也可以用翼型阻力系数随翼型升力系数变化的极曲

27、线来表示。翼型升力系数变化的极曲线来表示。 华北电力大学华北电力大学风能专业课程风能专业课程 36两个特性参数：最小阻力系数两个特性参数：最小阻力系数CDmin及及对应攻角攻角CDmin1：空气动力学根底 翼型空气动力特性 阻力系数曲线 阻力系数是随着迎角的增大而不断增大的。在小迎阻力系数是随着迎角的增大而不断增大的。在小迎角下，阻力系数角下，阻力系数较较小，且增大得小，且增大得较较慢，此慢，此时时翼型翼型阻力主要是摩擦阻力，随着攻角的增大，翼型外阻力主要是摩擦阻力，随着攻角的增大，翼型外表表发发生流生流动动分分别别，压压差阻力在差阻力在总总阻力中所占的比阻力中所占的比重逐重逐渐渐增大。当攻角

28、增大。当攻角继续继续增增时时，翼型外表，翼型外表发发生生严严重的流重的流动动分分别别，涡涡流区迅速流区迅速扩扩展，展，压压差阻力急差阻力急剧剧增大，阻力系数也猛烈增大。阻力系数随攻角添增大，阻力系数也猛烈增大。阻力系数随攻角添加迅速增大。加迅速增大。在曲在曲线线上阻力系数最小上阻力系数最小值值，称，称为为最小阻力系数。它最小阻力系数。它是一个很主要的气是一个很主要的气动动参数。参数。极曲极曲线线： 在在风风力机的力机的设计设计中往往更中往往更关关怀怀升力和阻升力和阻力的比力的比值值升升阻比阻比L/D以及最以及最正确升阻比。正确升阻比。经过经过极曲极曲线线 又又称艾菲称艾菲尔尔曲曲线线 来来讨论

29、讨论。华北电力大学华北电力大学风能专业课程风能专业课程 381：空气动力学根底 翼型空气动力特性极曲极曲线线上的每一点上的每一点对应对应一种升阻比及相一种升阻比及相应应的攻角形的攻角形状，如状，如0、CDmin、CT等。等。 为为了得到最正确升阻比，可从原点作极曲了得到最正确升阻比，可从原点作极曲线线的切的切线线，由于此由于此时时的的夹夹角角最大，故切点最大，故切点处处的升阻比的升阻比CL/CD=tg 最大，最大，对应对应的攻角的攻角为为最有利攻角最有利攻角。华北电力大学华北电力大学风能专业课程风能专业课程 391：空气动力学根底 翼型空气动力特性随着航空科学的开展，世界各主要航空兴隆的国家建

30、立了随着航空科学的开展，世界各主要航空兴隆的国家建立了各种翼型系列。美国有各种翼型系列。美国有NACA系列，德国有系列，德国有DU系列，英国系列，英国有有RAE系列等。系列等。这些翼型的资料包括几何特性和气动特性，可供气动设计这些翼型的资料包括几何特性和气动特性，可供气动设计人员选取适宜的翼型。人员选取适宜的翼型。在现有的翼型资料中，在现有的翼型资料中，NACA翼型系列的资料比较丰富，翼型系列的资料比较丰富，飞行器上采用这一系列的翼型也比较多。飞行器上采用这一系列的翼型也比较多。NACA翼型系列翼型系列主要包括以下一些翼型族：主要包括以下一些翼型族：华北电力大学华北电力大学风能专业课程风能专业

31、课程 1：空气动力学根底 翼型空气动力特性华北电力大学华北电力大学风能专业课程风能专业课程 41NACANACA四位数字翼族四位数字翼族这是最早建立的一个低速翼型族，它的中弧线由前这是最早建立的一个低速翼型族，它的中弧线由前后两端抛物线组成，在中弧线的最高点后两端抛物线组成，在中弧线的最高点处二者相切；厚度分布函数由阅历的解析公式确定。处二者相切；厚度分布函数由阅历的解析公式确定。NACANACA翼型族的厚度分布用式子表示为翼型族的厚度分布用式子表示为: : 式中式中t t为翼型的最大厚度。为翼型的最大厚度。中弧线方程是：中弧线方程是：式中的式中的f f是中弧线最高点的纵坐标，是中弧线最高点的

32、纵坐标，p p 是此点最高是此点最高的弦向位置。的弦向位置。1：空气动力学根底 翼型空气动力特性华北电力大学华北电力大学风能专业课程风能专业课程 42 NACA NACA四位数翼型的表达方式：四位数翼型的表达方式： 翼型的生成翼型的生成 其中，第一位数代表中弧线最高点的纵坐标即弯度其中，第一位数代表中弧线最高点的纵坐标即弯度f f，是弦长，是弦长的百分数；第二位代表此最高点的弦向位置的百分数；第二位代表此最高点的弦向位置p,p,是弦长的非常数；最后是弦长的非常数；最后的两位数代表厚度，是弦长的百分数。的两位数代表厚度，是弦长的百分数。例如例如 NACA0006 NACA0006是一个无弯度，厚

33、是一个无弯度，厚6 6的翼型。的翼型。NACA 2415 NACA 2415 是一个是一个有有2 2弯度，中弧线最高点位置在弯度，中弧线最高点位置在4040弦优点，厚度为弦优点，厚度为1515的翼型。的翼型。 1：空气动力学根底 翼型空气动力特性华北电力大学华北电力大学风能专业课程风能专业课程 43NACANACA五位数字翼族五位数字翼族 其中，第一位数代表弯度，但不是一个直接的其中，第一位数代表弯度，但不是一个直接的几何参数，而是经过设计升力系数来表达的，这个几何参数，而是经过设计升力系数来表达的，这个数乘以数乘以3/23/2就等于设计升力系数的就等于设计升力系数的1010倍；第二、第倍；第

34、二、第三两位数是三两位数是2p2p，以弦长的百分数来表示；最后两位，以弦长的百分数来表示；最后两位数仍是百分厚度。数仍是百分厚度。例如：例如：NACA23012NACA23012这种翼型它的设计升力系数这种翼型它的设计升力系数是是2*3/20=0.30;p=(1/2)*30,2*3/20=0.30;p=(1/2)*30,即中弧线最高点的弦即中弧线最高点的弦向位置在向位置在1515弦优点，厚度仍为弦优点，厚度仍为1212。1：空气动力学根底 翼型空气动力特性华北电力大学华北电力大学风能专业课程风能专业课程 44层流翼型层流翼型 从粘流的研讨中知道，在同一个雷诺数下，从粘流的研讨中知道，在同一个雷

35、诺数下，物体的摩擦阻力系数还取决于边境层中的流态，紊物体的摩擦阻力系数还取决于边境层中的流态，紊流的摩阻系数可以比层流的大好几倍。促使流态从流的摩阻系数可以比层流的大好几倍。促使流态从层流过渡到紊流的要素有好几个，其中压强梯度是层流过渡到紊流的要素有好几个，其中压强梯度是最重要的一个。在顺压梯度最重要的一个。在顺压梯度dp/ds0dp/ds0dp/ds0下，流态下，流态容易变为紊态，逆压梯度越大，流态变化越早。容易变为紊态，逆压梯度越大，流态变化越早。NACANACA四位数翼型和五位数字翼型四位数翼型和五位数字翼型, ,不论迎角大不论迎角大小，上翼面的最低压强点都非常接近前缘，气流过小，上翼面

36、的最低压强点都非常接近前缘，气流过了最低压强点之后就开场减速了。所以这些翼型的了最低压强点之后就开场减速了。所以这些翼型的上翼面边境层中气流所走的路程有上翼面边境层中气流所走的路程有9595以上是在逆以上是在逆压梯度区内，边境层内的流态很快转变成了紊流，压梯度区内，边境层内的流态很快转变成了紊流，结果翼型的摩擦阻力中紊流摩阻占了很大比重。结果翼型的摩擦阻力中紊流摩阻占了很大比重。 为了尽量使最低压强点向后移，以加长顺为了尽量使最低压强点向后移，以加长顺压梯度段的长度，减短逆压梯度段，以此来减小摩压梯度段的长度，减短逆压梯度段，以此来减小摩阻所占比重，从而大大降低翼型的总摩阻。这样对阻所占比重，

37、从而大大降低翼型的总摩阻。这样对应的翼型为层流翼型的翼族。应的翼型为层流翼型的翼族。 1：空气动力学根底 翼型空气动力特性层流翼型是一种为使翼外表坚持大范围的层流，以减小阻力而设计的层流翼型是一种为使翼外表坚持大范围的层流，以减小阻力而设计的翼型。翼型。与普通翼型相比，层流翼型的最大厚度位置更靠后缘，前缘半径较小，与普通翼型相比，层流翼型的最大厚度位置更靠后缘，前缘半径较小，上外表比较平坦，能使翼外表尽能够坚持层流流动，从而可减少摩擦上外表比较平坦，能使翼外表尽能够坚持层流流动，从而可减少摩擦阻力。阻力。层流翼型根本原理是在气流到达接近机翼后缘升压区之前，尽能够在层流翼型根本原理是在气流到达接

38、近机翼后缘升压区之前，尽能够在更长的间隔上继续加速，就可以推迟由层流向湍流的转捩。更长的间隔上继续加速，就可以推迟由层流向湍流的转捩。层流翼型是翼型开展的重要里程碑。从层流翼型是翼型开展的重要里程碑。从20世纪世纪30年代末开场，一批空年代末开场，一批空气动力学家在实际和实验研讨根底上提出了层流翼型设计方法。气动力学家在实际和实验研讨根底上提出了层流翼型设计方法。美国美国NACA在在40年代中期发布了新的翼型族年代中期发布了新的翼型族NACA1系系7系翼型，其中系翼型，其中NACA6系层流翼型最为胜利，在高速飞机上得到广泛运用。层流翼型系层流翼型最为胜利，在高速飞机上得到广泛运用。层流翼型分别

39、有分别有6个系列：个系列：NACA1，NACA2，。，。，NACA6。后者常用六位。后者常用六位数表示。如：数表示。如：NACA 653218:表示表示6系列；当为对称翼型、冲角为零时，最低系列；当为对称翼型、冲角为零时，最低压力点位于压力点位于50弦优点，在升力系数为弦优点，在升力系数为0.3附近时，翼面压力分布较好；附近时，翼面压力分布较好；设计升力系数为设计升力系数为0.2，厚度为，厚度为0.181：空气动力学根底 翼型空气动力特性华北电力大学华北电力大学风能专业课程风能专业课程 46翼型的低速绕流图画翼型的低速绕流图画 NACA4412的翼型压强分布冲角的翼型压强分布冲角12度度 层流

40、翼型的速度分布层流翼型的速度分布1：空气动力学根底 翼型空气动力特性低速翼型的流动特点及起动涡低速翼型的流动特点及起动涡翼型绕流图画翼型绕流图画(a) 00迎角绕流(b) 50迎角绕流华北电力大学华北电力大学风能专业课程风能专业课程 1：空气动力学根底 翼型空气动力特性低速翼型气动特性(c) 150迎角绕流(d) 200迎角绕流华北电力大学华北电力大学风能专业课程风能专业课程 翼型失速以及失速性能翼型失速以及失速性能 失速：机翼在攻角超越某个失速：机翼在攻角超越某个临界界值后，升力系数后，升力系数随攻角增大而减小的景象随攻角增大而减小的景象 在攻角不太大在攻角不太大时，机翼的升力系数，机翼的升

41、力系数CL随攻角随攻角的的增大而直增大而直线增大，增大，这时，机翼上，机翼上边境境层根本没有分根本没有分别。但当攻角大到一定程度后，机翼的上翼面出。但当攻角大到一定程度后，机翼的上翼面出现较大的分大的分别区区,CL随随增大的幅度减小，当增大的幅度减小，当到达某到达某个个临界界值时，升力系数达最大，升力系数达最大值。这时攻角再增大攻角再增大,上翼面气流出上翼面气流出现严重分重分别，升力系数不但不添加，升力系数不但不添加,反而下降反而下降华北电力大学华北电力大学风能专业课程风能专业课程 1：空气动力学根底 翼型空气动力特性机翼在机翼在Clmax附近的性能称为失速性能。附近的性能称为失速性能。机翼的

42、失速性能与翼型、机翼平面外形等要素有关。机翼的失速性能与翼型、机翼平面外形等要素有关。研讨阐明，翼型有三种失速方式：后缘分别、薄翼前缘研讨阐明，翼型有三种失速方式：后缘分别、薄翼前缘长气泡分别和前缘短气泡分别。长气泡分别和前缘短气泡分别。华北电力大学华北电力大学风能专业课程风能专业课程 1：空气动力学根底 翼型空气动力特性后后缘分分别： 后后缘分分别普通出如今相普通出如今相对厚度大于厚度大于15的厚翼型上。分的厚翼型上。分别先从翼型上外表后先从翼型上外表后缘区域开区域开场。随着攻角增大，分。随着攻角增大，分别点点逐逐渐前移，上外表的分前移，上外表的分别区逐区逐渐扩展，但展，但这时升力系数依升力

43、系数依然然继续添加，直到超越添加，直到超越临界攻角，升力系数才界攻角，升力系数才缓慢减小。慢减小。前前缘分分别： 前前缘分分别普通出如今相普通出如今相对厚度厚度为912的翼型上，的翼型上，特特别是雷是雷诺数数较高高时。在攻角不大。在攻角不大时，接近前，接近前缘处构成气构成气泡，但是气泡很短，只需弦泡，但是气泡很短，只需弦长的的0.51。这种气泡种气泡对翼型空气翼型空气动力特性影响很小。当攻角增大力特性影响很小。当攻角增大时，气泡越来越，气泡越来越短，但是越来越厚。到一定攻角短，但是越来越厚。到一定攻角时，气泡忽然破裂，气流，气泡忽然破裂，气流从整个翼型上分从整个翼型上分别，使升力系数到达最大，

44、使升力系数到达最大值后陡然下降，后陡然下降，以后再增大攻角，升力系数又随攻角略有上升。以后再增大攻角，升力系数又随攻角略有上升。华北电力大学华北电力大学风能专业课程风能专业课程 1：空气动力学根底 翼型空气动力特性薄翼分薄翼分别： 薄翼分薄翼分别普通出如今相普通出如今相对厚度小于厚度小于6的薄翼型上，特的薄翼型上，特别是雷是雷诺数数较低的低的时候。薄翼型的前候。薄翼型的前缘半径很小。半径很小。 在攻角不大在攻角不大时，在前，在前缘附近就能附近就能够发生生层流分流分别，然后，然后转淚淚为湍流后，再附着于翼型外表，在分湍流后，再附着于翼型外表，在分别点与再附着点点与再附着点之之间构成构成“气泡气泡

45、 。气泡开。气泡开场很短，只是弦很短，只是弦长的的23，随着攻角的增大，向后随着攻角的增大，向后缘迅速迅速扩展。到一定攻角展。到一定攻角时，气泡，气泡不再附着，不再附着，变成完全分成完全分别。气泡。气泡发生后，就相当于翼型上生后，就相当于翼型上外表外形外表外形发生了生了变化，使升力化，使升力线斜率减小。所以斜率减小。所以这种薄翼种薄翼型的升力型的升力线很早就开很早就开场弯曲，最大升力系数也很小，弯曲，最大升力系数也很小，仅为1左右。在失速前后升力曲左右。在失速前后升力曲线变化化缓慢。慢。华北电力大学华北电力大学风能专业课程风能专业课程 1：空气动力学根底 翼型空气动力特性华北电力大学华北电力大学风能专业课程风能专业课程 53粘性对不同翼型升力特性的影响粘性对不同翼型升力特性的影响 (a) (a) 后缘分别后缘分别 (b) (b) 前缘分别前缘分别 (c) (c) 薄翼分别薄翼分别前缘气泡对压强分布的影响前缘气泡对压强分布的影响1：空气动力学根底 翼型空气动力特性华北电力大学华北电力大学风能专业课程风能专业课程 541：空气动力学根底 12： 低速机翼及其气动特性 展向载荷分布所产生的尾涡系展向载荷分布所产生的尾涡系