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升力型叶片的优化设计

时间:2023-06-21 理论教育 版权反馈
【摘要】:图5-2所示为升力型叶片的翼型,翼型指垂直于升力叶片展长方向,截取叶片而得到的截面形状。此类翼型叶片利用风对其产生升力而旋转做功,被称为升力型叶片。翼弦是连接翼型前、后缘的直线段,弦长通常用t表示。翼型厚度是指上下翼表面之间垂直于翼弦的直线段长度,用δ表示,最大厚度值为δmax。图5-2翼型的几何特征升力型叶片应用得比较多,升力型风轮比阻力型风轮获得的风能利用系数更高。机翼产生的阻力、升力和力矩可表示为

升力型叶片的优化设计

图5-2所示为升力型叶片的翼型,翼型指垂直于升力叶片展长方向,截取叶片而得到的截面形状。此类翼型叶片利用风对其产生升力而旋转做功,被称为升力型叶片。

如图5-2所示,翼型尖尾B点为后缘点,翼型圆头上距离后缘B点最远的A点为前缘点。风从前缘进入,从后缘流出。

ANB所对应的曲面为下表面,AMB所对应的曲面为上表面,运行中下表面产生的压力高于上表面。

翼弦是连接翼型前、后缘的直线段,弦长通常用t表示。

翼型厚度是指上下翼表面之间垂直于翼弦的直线段长度,用δ表示,最大厚度值为δmax

翼型的中弧线是翼弦上各垂直线段中点的连线,如图5-2中的虚线所示。

中弧线到翼弦的距离称为翼型的弯度,其最大值为fmax

图5-2 翼型的几何特征

升力型叶片应用得比较多,升力型风轮比阻力型风轮获得的风能利用系数更高。航空领域就是利用了机翼叶片的升力作用,使飞机在天空中航行。

图5-3所示为机翼在空气流中运动的受力分析,图中矢径的长短表示向量的大小,其中下表面的向量为正值,而上表面的向量为负值。

从图5-3可以看出,空气流作用于机翼时,在机翼下表面产生的压力较高,而在机翼上表面产生的压力较低。正因为上、下翼表面的压力差,在滑行的过程中对机翼产生了阻力和升力,其中沿着空气流反向产生的作用力,因阻碍叶片向前运动而称为阻力;另一产生的垂直于空气流动方向的作用力为升力;这里机翼的弦线与空气流速度向量成一角度,称为攻角或迎角。(www.xing528.com)

图5-3 空气流作用于机翼的受力分析

在空气动力学中,常引入无量纲的空气动力学系数,即翼型剖面的升力系数CL、阻力系数CD力矩系数CR,它们分别可表达为

式中 v——机翼前方自由空气流的运动速度;

t——机翼的弦长;

dz——机翼展向微元长度。

理想情形下,设S为叶片面积,为叶片长与弦长乘积;L为整个叶片所受的升力;D为叶片所受的阻力,R为叶片所受的力矩,则式(5-6)可表达为

攻角的大小将影响阻力和升力的大小。机翼产生的阻力、升力和力矩可表示为

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