NACA0012翼型的截面與升力阻力曲線圖 |
NACA0012翼型是垂直軸風(fēng)力機(jī)的優(yōu)選翼型，這里根據(jù)美國網(wǎng)站提供的技術(shù)資料繪制了翼型截面圖與升力曲線圖，還有根據(jù)技術(shù)書籍描繪的升力阻力曲線圖，供大家參考。 |
?? NACA0012翼型的截面圖 |
由于NACA0012是對稱翼型，在下圖左側(cè)數(shù)據(jù)表中僅列出了單邊的數(shù)據(jù)，表中c是弦長（弦長為1.00）；x是弦長坐標(biāo)（單位是x/c）；y是對應(yīng)x位置的翼面與弦的距離（單位是y/c）。 |
圖1? NACA0012翼型數(shù)據(jù)與截面圖 |
? ?NACA0012翼型的升力曲線圖 |
圖2是根據(jù)美國的技術(shù)資料數(shù)據(jù)繪制的NACA0012翼型的升力曲線圖，在這張圖中有多根升力曲線，顯示了當(dāng)雷諾數(shù)不同時翼型的最大升力系數(shù)與失速攻角都有較大的變化。 |
圖2? NACA0012翼型升力系數(shù)曲線圖 |
?? NACA0012翼型的大攻角升力、阻力曲線圖 |
| 圖3是根據(jù)“21世紀(jì)能源與動力工程類創(chuàng)新型應(yīng)用人才培養(yǎng)規(guī)劃教材“風(fēng)力機(jī)空氣動力學(xué)”” 一書圖7.29描繪的NACA0012翼型的大攻角升力、阻力曲線圖，供大家參考。 |
圖3? NACA0012翼型全攻角升力、阻力曲線圖 |
該圖顯示了翼型攻角從-5度到180度的升力與阻力系數(shù)的變化，攻角在0度至10度升力系數(shù)隨攻角增大而增大，阻力系數(shù)很小；超過12度時升力系數(shù)下降，阻力系數(shù)上升；攻角到40度后升力與阻力系數(shù)先是相同，然后阻力系數(shù)繼續(xù)上升，升力系數(shù)下降。 |
| ? ?NACA0012翼型的升/阻比變化曲線 |
| 在圖4中顯示了翼型的升力與阻力隨攻角的變化曲線，在實際應(yīng)用中更關(guān)心的是在正常工作時的阻力情況，圖4是根據(jù)“風(fēng)能技術(shù)”（美Tony Burton，武鑫譯）一書圖3.100描繪，圖中顯示了NACA0012翼型在不同攻角時的升力/阻力系數(shù)比變化曲線。 |
圖4? NACA0012翼型升/阻比變化曲線 |
可見在失速前有最大的升力/阻力系數(shù)比值，升力約為阻力的50多倍。當(dāng)然這是一個光滑的翼型在較高雷諾數(shù)時的狀態(tài)，多數(shù)情況會比該比值低一些。 |
| NACA0012翼型的動態(tài)失速 |
以上介紹的幾種特性是所謂靜態(tài)曲線，也就是說，氣流是平穩(wěn)的，翼型攻角變化是緩慢的。如果氣流有湍流、渦流，翼型攻角變化快，特別是翼型攻角快速反復(fù)變化，情況就復(fù)雜多了，此時翼型的失速角會增大，當(dāng)翼型攻角增大進(jìn)入失速后攻角再減小時，升力系數(shù)曲線不會沿原來曲線返回，而是沿另一條系數(shù)較小的曲線返回。圖5是NACA0012翼型在動態(tài)失速時的升力系數(shù)曲線圖，左圖是發(fā)生輕失速時的狀態(tài)，翼型攻角大于14度后升力系數(shù)下降，當(dāng)翼型攻角減小時，升力系數(shù)曲線沿下面的線返回，該圖就是翼型攻角在5度至15度范圍反復(fù)變化的升力系數(shù)循環(huán)曲線。 圖5右圖顯示的是深失速時的狀態(tài)，失速角大至24度，升力系數(shù)曲線一直上升，到24度才下降，并沿較低的系數(shù)線返回，該圖就是翼型攻角在5度至25度范圍反復(fù)變化的升力系數(shù)循環(huán)曲線。注意：這些曲線僅顯示在攻角反復(fù)變化范圍的循環(huán)曲線，并沒有表現(xiàn)攻角從0開始的曲線。 |
圖5 NACA0012翼型動態(tài)失速時的升力系數(shù)曲線圖 |
圖5的曲線僅作參考，動態(tài)失速產(chǎn)生原因很復(fù)雜，隨不同的風(fēng)速、雷諾數(shù)等的變化而變化，而且與翼型攻角變化的范圍也有關(guān)系，例如攻角上升到16度返回，到8度又上升，其循環(huán)曲線又不同了。對動態(tài)失速有興趣的網(wǎng)友可查閱有關(guān)文獻(xiàn)資料。 升力型垂直軸風(fēng)力機(jī)葉片攻角變化頻繁，變化角度大，葉片在上風(fēng)面產(chǎn)生的渦流會嚴(yán)重影響下風(fēng)面葉片的正常運行，葉片經(jīng)常會進(jìn)入動態(tài)失速狀態(tài)。水平軸風(fēng)力機(jī)在風(fēng)速突變、湍流，特別是葉片發(fā)生振蕩時都會有動態(tài)失速出現(xiàn)，所以分析風(fēng)力機(jī)運行狀態(tài)時要考慮葉片動態(tài)失速的影響，設(shè)計良好的風(fēng)力機(jī)可以在發(fā)生動態(tài)失速時充分利用產(chǎn)生的大升力來提高風(fēng)能利用率。 |
| ? 附:葉片雷諾數(shù)計算示例 |
從圖2看到翼型的升力曲線受雷諾數(shù)影響較大，下面給出了葉片雷諾數(shù)的簡單計算方法。 葉片的雷諾數(shù)可直接用公式Re=（ρ/μ）（vl）， 將有關(guān)數(shù)據(jù)代入計算即可。 ρ與μ隨氣溫氣壓變化較大，但在固定的環(huán)境里氣壓變化較小、氣溫變化較大，我們選在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，氣溫為0度、10度、20度、30度四種情況來計算。通過查閱相關(guān)手冊，計算ρ/μ的數(shù)值：算得： |
0度時ρ/μ=75187??? ??????????????10度時ρ/μ=70077 20度時ρ/μ=66186?????????? ??????30度時ρ/μ=48193 如果葉片寬度為1m，葉片與空氣的相對速度為30m，代入Re=ρ/μ（vl）計算得： 0度時Re=2255610???? ?????????????10度時Re=2102310 20度時Re=1985580??????? ??????????30度時Re=1445790 如果葉片寬度為0.2m，葉片與空氣的相對速度為10m，代入Re=ρ/μ（vl）計算得： 0度時Re=150374?????? ????????????10度時Re=140154 20度時Re=132372???????? ?????????30度時Re=96386 |
圖2的翼型的升力曲線圖未提供雷諾數(shù)在160000以下的數(shù)據(jù)，可能原數(shù)據(jù)主要圍繞飛行器使用，沒有較小翼型低速運行時的數(shù)據(jù)。上述0.2m寬翼型、10m/s速度的雷諾數(shù)均小于160000，在該圖上就沒有了。 由于許多翼型的雷諾數(shù)在低于60000后，升力明顯下降，建議葉片寬度應(yīng)在0.1m以上，較寬的翼型才能有較高的運行效率，翼型的雷諾數(shù)能在1000000以上是比較理想的狀態(tài)。 以上計算結(jié)果是表面光滑的葉片，如果葉片表面粗糙或有粘覆物雷諾數(shù)與計算結(jié)果會有差別。 |
