19 度则比来流低。因此,围绕桨叶的流动可看成由两个不同的流动组合 而成:一个是将翼型置于均匀流场中时围绕桨叶的零升力流动,另 个是空气坏绕桨叶表面的流动。而桨叶升力则由于在桨叶表面上存在 速度环量如图2-3所示 图2-3气流绕翼叶的流动 为了表示压力沿表面的变化,可作桨叶表面的垂线,用垂线的长 度K表示各部分压力的大小 式中p—桨叶表面上的静压; P,P、v--无限远处的来流条件。 连接各垂直线段长度K的端点,得到图2-4a,其中上表面K。为 负,下表面K为正 图2-4作用在翼叶上的力 作用在桨叶上的力F与相对速度的方向有关,并可用下式表示 F=ApCS (217) 式中S-一桨叶面积,等于弦长×桨叶长度; C—总的气动系数。 该力可分为两部分:分量F4与速度v平行,称为阻力;分量F与
速度v垂直,称为升力。 F4与F1可分别表示为 式中(4—阻力系数 升力系数 因两个分量是垂直的,故存在 F2+F=F2 若令M为相对于前缘点的由F力引起的力矩,则可求得变距力矩系数 M=PSLv (2-19) 式中{-弦长 因此,作用在桨叶截面上的气动力可表示为升力、阻力和变距力 矩三部分。 由图24b可看出、对于各个攻角值、存在某一特别的点C,该点 的气动力矩为零,称为压力中心。于是,作用在桨叶截面上的气动力 可表示为作用在压力中心L的升力和阻力。压力中心与前缘点之间的 位置可用比值CP确定。 CpAc (2-20) 般(P=25%~,30% 三、升力和阻力系数的变化曲线 1,C和Cd随攻角的变化 首先研究升力系数的变化,它出直线和曲线两部分组成。与Clmx 对应的i点称为失速点,超过失速点后,升力系数下降,阻力系数迅 速增加。负攻角时,C也呈曲线形,C1通过一最低点Clm 阻力系数曲线的变化则不同,它的最小值对应一确定的攻角值 不同的桨叶的升力和阻力系数如图2-5所示,其截而形状对升力
和阻力的影响分述如下 (1)弯度的影响翼型的弯度加大后,导致上、下弧流速差加大 从而使压力差加大,故升力增加;与此同时,上弧流速加大,摩擦阻 力上升,并且由于迎流面积加 大,故压差阳力也加大,导致 阻力上升。因此,同攻角时, 随着弯度增加,其升、阻力都 将显著增加,但阻力比升力的 增加更快,使升、阻比有所下 降 u203040;( (2)厚度的影响翼型厚 度增加后,其影响与弯度类 似。同一弯度的翼型,厚度增25菜叶的升力和阻力系数 加时,对应于同一攻角的升力有所提高,但对应于同一升力的阻力也 较大,使升、阻比有所下降 (3)前缘的影响试验表明,当冀型的前緣抬高时,在负攻角情 况下阻力变化不大。前缘低垂时,则在负攻角时会导致阻力迅速增 加 (4)表面粗糙度和雷诺数的影响表面粗糙度和雷诺数对桨叶空 气动力特性有着重要影响。图2-6为雷诺数和表囿粗糙度对几种翼型 (NACA0012,NACA23012、23015,NACA4412,4415)的气动力特 性的影响曲线。 光桁 图2-6雷诺数和表面粗糙度对气动特性的影响
i片在运行屮出现失速以后,噪声常常会突然增加,引起风力 机的振动和运行不稳等现象。因此,在选取C值时,以失速点作为设 计点是不好的。对于水平轴型风力机而言,为∫使风力机在稍向设计 点右侧偏移时仍能很好地工作,所取的C值,最大不超过(0.8 0.9)( 2.埃非尔极线( Eiffel polar) 为了使于研究问题,可将C和C。表示成对应的变化关系,称为埃 菲尔极线,见图2-7。其中直线OM的斜率是:tanO=C/C Crl 图2-7埃菲尔极线 四、有限翼展的影响 上述结果仅适用于桨叶无限长时,对丁有限长度的叶片,其结果 必须修正。 由于升力翼的下表面压力大于大气压力,上表而小于大气压力 因此叶片两端气流企图从髙压侧向低压侧流动,结果在两端形成涡流 实际上,由于叶尖的影响,两端形成一系列的小涡流,这些小涡流又 汇合成两个大涡流,卷向叶尖内侧(图28)。 涡流形成的后果,造成 阻力增加,引起一诱导阻力 因此,上述阻力系数 图2-8有限翼展形成的涡流
变为 Ca=Ch+C 式中,(威,无限翼展的阻力系数 此,要想得到同样的升力,攻角必须增加一个量φ,故获得同样 升力的新攻角为 由流体方学可知、“环量某椭圆分布时,C和∮可由下列关系给 C s C CI 同样 C 式中S-一桨叶面积; 桨叶长度 a-展萦比,a=D2/S 五、弦线和法线方向的气动力 如果将F力分解为弦线方向和垂直于弦线方问的两个分量图2 9a则有 弦线方向: I,apSu(Cacosi-Cisini 线方向: Fn-60Su(Crcosi+Crsin) 上式可进一步写成: 式中