三維曲面翼型的設(shè)計(jì)方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種三維曲面翼型的設(shè)計(jì)方法，它不僅針對(duì)可再生能源類(lèi)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片，也可以針對(duì)各類(lèi)有旋轉(zhuǎn)翼的飛行器，噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，蒸汽/燃?xì)廨啓C(jī)和特大型水輪機(jī)葉片等，可作為構(gòu)筑各種機(jī)翼，旋翼和葉片的基本幾何單元。本發(fā)明在現(xiàn)有二維平面包絡(luò)線(美國(guó)的NACA系列、俄羅斯的TsAGI系列和歐洲的FFA系列和其他y值縱坐標(biāo)修正翼型系列等)基礎(chǔ)上，將在葉片長(zhǎng)度方向旋轉(zhuǎn)半徑R確定的柱體上貼體生成三維曲面翼型。通過(guò)構(gòu)建優(yōu)化三維曲面翼型進(jìn)而改變?nèi)~片的氣動(dòng)外形，在相同材料和結(jié)構(gòu)布置的基礎(chǔ)上，提高旋轉(zhuǎn)葉片氣動(dòng)采力效率。
【專(zhuān)利說(shuō)明】三維曲面翼型的設(shè)計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種三維曲面翼型的設(shè)計(jì)方法，它不僅針對(duì)可再生能源類(lèi)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片，也可以針對(duì)各類(lèi)有旋轉(zhuǎn)翼的飛行器，噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，蒸汽/燃?xì)廨啓C(jī)和特大型水輪機(jī)葉片等，可作為構(gòu)筑各種機(jī)翼，旋翼和葉片的基本幾何單元。
【背景技術(shù)】
[0002]直升機(jī)是以旋翼為其主要升力來(lái)源的垂直起落飛行器，它的垂直起降、空中懸停等性能都在很大程度上取決于旋翼的氣動(dòng)特性的好壞，而這與旋翼槳葉的氣動(dòng)外形有著十分密切的關(guān)系。因而作為旋翼槳葉氣動(dòng)外形基本元素的旋翼翼型對(duì)直升機(jī)旋翼流場(chǎng)和氣動(dòng)特性有著重要的影響，在提高直升機(jī)的機(jī)動(dòng)性、巡航速度和減弱噪聲特性等方面亦具有顯著的作用。因此，開(kāi)展先進(jìn)的直升機(jī)旋翼翼型氣動(dòng)設(shè)計(jì)研究對(duì)提高旋翼性能從而改善直升機(jī)性能具有十分重要的意義。目前國(guó)外先進(jìn)的直升機(jī)均配備了旋翼專(zhuān)用翼型，如俄羅斯的米-28N浩劫武裝直升機(jī)因?yàn)椴捎昧诵滦蚑sAGI系列翼型，使其在飛行中能夠連續(xù)完成涅斯捷羅夫翻轉(zhuǎn)、殷麥曼翻轉(zhuǎn)、死筋斗及橫滾等動(dòng)作，而這些高難度的特技飛行動(dòng)作在米-28N直升機(jī)問(wèn)世前只有戰(zhàn)斗機(jī)才能完成。由此可見(jiàn)，該直升機(jī)旋翼翼型性能已達(dá)到了較高水平，主要表現(xiàn)在升力的提高、失速特性的改善、噪聲水平的降低等方面。在國(guó)內(nèi)，盡管直升機(jī)旋翼氣動(dòng)設(shè)計(jì)技術(shù)取得了很大的進(jìn)步，但在旋翼翼型設(shè)計(jì)技術(shù)方面與先進(jìn)國(guó)家尚存在很大的差距，尚沒(méi)有擁有一套自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的直升機(jī)專(zhuān)用翼型。因此值得深入開(kāi)展直升機(jī)新型翼型的設(shè)計(jì)研究工作。然而，進(jìn)行直升機(jī)旋翼翼型的設(shè)計(jì)又是一項(xiàng)相當(dāng)艱巨的工作。首先，由于加入了槳葉的旋轉(zhuǎn)，各剖面翼型的相對(duì)來(lái)流速度沿展向由低速連續(xù)變化到高速，使槳葉間氣動(dòng)干擾劇烈，流場(chǎng)存在槳-渦干擾現(xiàn)象，以及復(fù)雜的螺旋尾跡，并且在大速度前飛時(shí)，前行槳葉可能會(huì)出現(xiàn)激波失速，后行槳葉可能會(huì)出現(xiàn)氣流分離等現(xiàn)象，導(dǎo)致直升機(jī)旋翼的流場(chǎng)十分復(fù)雜，很難準(zhǔn)確地對(duì)它進(jìn)行數(shù)值模擬。其次，雖然目前翼型設(shè)計(jì)方法取得了很大的進(jìn)步，但是它們都有各自的不足，發(fā)展還不夠完善。
[0003]早期的翼型研究是依靠設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)，并依賴(lài)于風(fēng)洞試驗(yàn)進(jìn)行的，這期間比較有代表性的翼型有美國(guó)的NACA系列、俄羅斯的TsAGI系列和歐洲的FFW系列等。上世紀(jì)五十年代，尤其是進(jìn)入跨音速、超音速時(shí)代之后，由于試驗(yàn)條件等的限制，單純依靠經(jīng)驗(yàn)和風(fēng)洞試驗(yàn)已經(jīng)不能滿足要求，翼型發(fā)展變得十分緩慢。進(jìn)入七十年代之后，隨著計(jì)算機(jī)能力和數(shù)值計(jì)算方法的發(fā)展，翼型的設(shè)計(jì)水平大大提高。特別是計(jì)算流體力學(xué)(CFD)方法在節(jié)約研制成本，縮短研發(fā)周期，減少設(shè)計(jì)成本方面的優(yōu)勢(shì)得以充分發(fā)揮，因此，基于CFD方法的翼型設(shè)計(jì)已經(jīng)成為研究熱點(diǎn)。
[0004]為了有效的利用來(lái)自空氣的力量，人們都會(huì)采用有特定氣動(dòng)外形的結(jié)構(gòu)體，如飛機(jī)的機(jī)翼，俗稱(chēng)“翅膀”，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片等來(lái)達(dá)到這個(gè)目的。目前這些特定考究的外形又都無(wú)一例外地采用各類(lèi)平面翼型(Airfoil)組合的方式來(lái)構(gòu)造的，即旋翼和葉片的翼型均為二維平面翼型疊加而成，如圖1、圖2、圖3。目前世界所有翼型數(shù)據(jù)庫(kù)均為二維翼型數(shù)據(jù)。其幾何包絡(luò)構(gòu)成先計(jì)算中骨線:[0005]
【權(quán)利要求】
1.一種三維曲面翼型的設(shè)計(jì)方法，其特征在于包括以下步驟: a)提取常規(guī)2-D翼型弧線坐標(biāo)數(shù)據(jù)(Xl，yi)，(x2,y2)...;根據(jù)常規(guī)翼型坐標(biāo)數(shù)據(jù)，計(jì)算弦線各X坐標(biāo)點(diǎn)間的增量AL1, AL2...ALi(ALi = Xw-Xi);確定根據(jù)設(shè)計(jì)擬布置的翼型的旋轉(zhuǎn)半徑R ;
b)選擇X1 = Z1 = 0.707R,此時(shí) Y1 = O ; c)將X1,Z1, Δ L1和R帶入公式
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維曲面翼型的設(shè)計(jì)方法，其特征在于Ji為2-D翼型厚度坐標(biāo)值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維曲面翼型的設(shè)計(jì)方法，其特征在于Ji為2-D翼型系列的y修正值。
【文檔編號(hào)】F03B3/12GK103967718SQ201310053925
【公開(kāi)日】2014年8月6日 申請(qǐng)日期:2013年2月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年2月5日
【發(fā)明者】陳宇奇 申請(qǐng)人:新疆尚孚新能源科技有限公司