翼型風(fēng)力機(jī)葉片的設(shè)計(jì)與三維建模論文(編輯修改稿)
2025-09-01 15:49 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 翼弦下面的弧面。(6)翼的最大厚度 h:翼上表面與下表面相對(duì)應(yīng)的最大距離。(7)葉片安裝角 e:風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)平面與翼弦所成的角。(8)迎角(攻角)a:翼弦與相對(duì)風(fēng)速所成的角度。(9)入流角功:旋轉(zhuǎn)平面與相對(duì)風(fēng)速所成的角。、葉片設(shè)計(jì)的空氣動(dòng)力學(xué)理論、貝茨理論世界上第一個(gè)關(guān)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉輪葉片接受風(fēng)能的完整理論是 1919 年由德國(guó)的貝茨(Bee)建立的。貝茨理論的建立，是假定葉輪是“理想”的：全部接受風(fēng)能(沒有輪轂)，葉片無限多；對(duì)空氣流沒有阻力；空氣流是連續(xù)的、不可壓縮的；葉片掃掠面上的氣流是均勻的；氣流速度的方向不論在葉片前或葉片后都是垂直葉片掃掠面的(或稱平行葉輪軸線的)，這時(shí)的葉輪稱“理想葉輪”。其計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖。V1——距離風(fēng)力機(jī)一定距離的上游風(fēng)速；V——通過風(fēng)輪時(shí)的實(shí)際風(fēng)速；V2——離風(fēng)輪遠(yuǎn)處的下游風(fēng)速。風(fēng)力貝茨理論計(jì)算模型：風(fēng)作用在風(fēng)輪上的力可由 Euler 理論(歐拉定理) 風(fēng)輪所接受的功率為 經(jīng)過風(fēng)輪葉片的風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化由2和3式得到 因此風(fēng)作用在風(fēng)輪葉片上的力F和風(fēng)輪輸出的功率P分別為25風(fēng)速 V1 是給定的，P 的大小取決于 V2，對(duì) N 微分求最大值：令其等于 0，求解方程，得 V2=1/3V1。貝茨理論說明，理想的 V1 風(fēng)能對(duì)風(fēng)輪葉片做功的最高效率是 59．3％。一般設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)葉片的數(shù)量、葉片翼型、功率等情況，取 ～.、葉素理論將葉片沿展向分成若干個(gè)微段，每個(gè)微段稱為一個(gè)葉素。這里假設(shè)每個(gè)微段之間沒有干擾，葉素本身可以看成一個(gè)二元翼型。如圖所示：風(fēng)輪半徑為 r 處環(huán)素上的推力為：轉(zhuǎn)距為：式中 B 一為葉片數(shù)。干擾系數(shù)，又稱為誘導(dǎo)系數(shù)，共有兩個(gè)：一個(gè)是軸向干擾系數(shù) a，另一個(gè)是切向干擾系數(shù) b。它們的物理意義就是氣流通過風(fēng)輪時(shí)，風(fēng)輪對(duì)氣流速度的影響。換言之，氣流在通過風(fēng)輪時(shí)，氣流的軸向速度與切向速度都要發(fā)生變化。而這個(gè)變化就是以 a、b 為系數(shù)時(shí)對(duì)氣流速度所打的折扣。、動(dòng)量理論在風(fēng)輪掃掠面內(nèi)半徑 r 處取一個(gè)圓環(huán)微元體，如圖所示。應(yīng)用動(dòng)量定理，作用于風(fēng)輪（r,r+dr)環(huán)形域上：推力：轉(zhuǎn)矩：如果忽略葉型阻力，則、風(fēng)力機(jī)的特性系數(shù)、風(fēng)能利用系數(shù) Cp風(fēng)力機(jī)從自然風(fēng)能中吸取能量的大小程度用風(fēng)能利用系數(shù) Cp 表示，P—風(fēng)力機(jī)實(shí)際獲得的軸功率，單位為 W；S 一風(fēng)輪的掃風(fēng)面積，單位為 m；v 一上游風(fēng)速，單位為 m／s，p 一空氣密度，單位為 kg／m3。、葉尖速比λ為了表示風(fēng)輪在不同風(fēng)速中的狀態(tài)，用葉片的葉尖圓周速度與風(fēng)速之比來衡量，稱為葉尖速比λ。 式中 n—風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速，單位為 r／s；w 一風(fēng)輪角頻率，單位為 rad／s，R 一風(fēng)輪半徑，單位為 m2；v 一上游風(fēng)速，單位為 m／s。、翼型介紹、翼型的發(fā)展概述隨著航空科學(xué)的發(fā)展，世界各主要航空發(fā)達(dá)的國(guó)家建立了各種翼型系列。美國(guó)有 NACA 系列，德國(guó)有 DVL 系列，英國(guó)有 RAF 系列，蘇聯(lián)有ЦΑΓИ系列等。這些翼型的資料包括幾何特性和氣動(dòng)特性，可供氣動(dòng)設(shè)計(jì)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：①4 位數(shù)翼型族:這是最早建立的一個(gè)低速翼型族。例如，NACA2415 翼型，其含義第一位數(shù)值 2 表示最大相對(duì)彎度為 2%；第二位數(shù) 4 表示最大彎度位于翼弦前緣的 40%處；末兩位數(shù) 15 表示相對(duì)厚度為 15%。這一族翼型的中線由前后兩段拋物線組成，厚度分布函數(shù)由經(jīng)驗(yàn)的解析公式確定。②5 位數(shù)翼型族：這是在 4 位數(shù)翼型族的基礎(chǔ)上發(fā)展的。這一族翼型的中線有兩種類型，一類是簡(jiǎn)單中線，它的前段為三次曲線，后段為直線；另一類是 S 形中線，前后兩段都是三次曲線，后段上翹的形狀能使零升力矩系數(shù)為零，這個(gè)特性通過第三位數(shù)來表征，例如 NACA24015 中 0 表示后段為直線。這族翼型的厚度分布與 4 位數(shù)翼型族的相同。③6 族翼型：適用于較高速度的一些翼型族，得到廣泛應(yīng)用。這種翼型又稱層流翼型，它的前緣半徑較小，最大厚度位置靠后，能使翼型表面上盡可能保持層流流動(dòng)，以便減小摩擦阻力。④1 族、7 族、8 族等翼型族，還有各種修改翼型。、NACA 翼型簡(jiǎn)介由于普通航空翼型的空氣動(dòng)力學(xué)性能在二十世紀(jì)上半葉已得到充分的研究，所以傳統(tǒng)風(fēng)力機(jī)葉片翼型一般沿用航空翼型。最常用且最具代表性的傳統(tǒng)風(fēng)力機(jī)翼型為 NACA 翼型，故本文以此翼型族作為研究葉片翼型。NACA 翼型是二十世紀(jì)三十年代末四十年代初由美國(guó)國(guó)家宇航局(縮寫 NASA)前身國(guó)家航空咨詢委員會(huì)(縮寫 NACA)提出的。NACA 翼型由厚度和中弧線迭加而成。1．NACA 四位數(shù)字翼型族NACA 四位數(shù)字翼型表達(dá)形式為
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