叶片的空气动力学基础
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
由于平板叶片攻角略大就易产生气流分离,阻力增大;平板的强度也很低,所以正式的叶片截面都是流线型的,即使有一定厚度阻力也很小。图1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,比较典型的带弯度翼型为美国的NACA4412。
图1--翼型的几何参数 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,图2是一个对称翼型,比较典型的对称翼型为美国的NACA0012。
图2--对称翼型的几何参数 图3是一个性能较好的适合风力机的低阻翼型,是带弯度翼型,在水平轴风力机中应用较多。
图3--带弯度的低阻翼型 翼型的升力原理
有关翼型的升力原理解释有多种,归纳起来主要依据是基于牛顿定律的气流偏转产生反作用力与基于伯努利原理的气流速度不同产生压差两个原理,我们结合这两个原理对翼型的升力作通俗的解释。
带弯度翼型在攻角为0度时的升力与阻力
图4是一个带弯度翼型在攻角为0度时的流线图与压强分布图,左图是该翼型的流线图,由于翼型上下面不对称,气流在上下面的流动状态也不同。翼型上表面是凸起的,通道截面减小,气流的流速会加快,另一个原因是凸起的表面使翼型后面的气压有所减小,前后的压差使得气流速度加快,特别是翼型上表面前端流速较快。翼型下表面较平,多数气流基本是平稳流过,由于由于上表面前端高速气流产生低压的吸引,翼型前端气流都向上表面流去,造成靠下表面的气流通道加宽,导致靠近下表面的气流速度有所下降。这样流过上表面的气流速度要比下表面快,根据伯努利原理,流速快的地方压力比流速慢的地方压力小,也就是说翼型下方压力大于上方,压力差使翼型获得一个向上的力Fl,所以说带弯度翼型在攻角为0度时也会有升力。
图4--翼型在攻角为0度时的流线图与压强分布图 图4右图是该翼型的压力分布图,图中翼型上部分浅绿色区域内的绿色箭头线是上表面的压力分布,箭头线的长短与方向表示该点的压力
叶片的空气动力学基础



