翼型的阻力由粘性引起课件.ppt
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1、空气动力学第五章低速翼型的气动特性第五章第五章 低速翼型的气动特性低速翼型的气动特性 5.1 翼型的几何参数翼型的几何参数5.2 低速翼型的流动特点及起动涡低速翼型的流动特点及起动涡5.3 库塔库塔儒可夫斯基后缘条件和儒可夫斯基后缘条件和 环量确定环量确定5.4 薄翼型理论薄翼型理论5.5 任意翼型位流解法任意翼型位流解法5.6 低速翼型的一般气动特性低速翼型的一般气动特性第五章第五章 低速翼型的气动特性低速翼型的气动特性 几何弦长、前缘半径、后缘角;几何弦长、前缘半径、后缘角;翼面坐标、弯度分布、厚度分布翼面坐标、弯度分布、厚度分布5.1 翼型的几何参数翼型的几何参数第五章第五章 低速翼型的
2、气动特性低速翼型的气动特性 )(21)(下上yyxyfmax)(xybfffbxxff)(21)(下上yyxycmax)( 2xybcccbxxcc 5.1.1 几何弦长几何弦长 5.1.2 翼面无量纲坐标翼面无量纲坐标 5.1.3 弯度弯度 5.1.4 厚度厚度 5.1.5 前缘钝度及后缘尖锐度前缘钝度及后缘尖锐度 5.1 翼型的几何参数翼型的几何参数第五章第五章 低速翼型的气动特性低速翼型的气动特性 5.1.6常用低速翼型编号法简介常用低速翼型编号法简介 1、NACA四位数字翼型,以NACA 2412为例第一位数字2第二位数字4最末两位数字12所有NACA四位数字翼型的%2f%40fx%1
3、2c%30cx2、 NACA五位数字翼型,例如NACA 23012翼型第一位数字2第二位数字3第三位数字表示后段中弧线的类型:0直线, 1反弯曲线; 设yC3202 1023fx5.1 翼型的几何参数翼型的几何参数第五章第五章 低速翼型的气动特性低速翼型的气动特性 (a) 00迎角绕流迎角绕流(b) 50迎角绕流迎角绕流5.2低速翼型的流动特点及起动涡低速翼型的流动特点及起动涡翼型绕流图画第五章第五章 低速翼型的气动特性低速翼型的气动特性 (c) 150迎角绕流迎角绕流(d) 200迎角绕流迎角绕流翼型绕流图画5.2低速翼型的流动特点及起动涡低速翼型的流动特点及起动涡第五章第五章 低速翼型的气
4、动特性低速翼型的气动特性 (a)小迎角无分离小迎角无分离 (b)厚翼型后缘分离厚翼型后缘分离 (c )薄翼型前缘分离薄翼型前缘分离小迎角无分离时,粘性作用对翼面压力分布没有本质改变小迎角无分离时,粘性作用对翼面压力分布没有本质改变翼面压力分布5.2低速翼型的流动特点及起动涡低速翼型的流动特点及起动涡第五章第五章 低速翼型的气动特性低速翼型的气动特性 5.2低速翼型的流动特点及起动涡低速翼型的流动特点及起动涡翼型的升力曲线翼型的升力曲线 第五章第五章 低速翼型的气动特性低速翼型的气动特性 翼面邻近的闭曲线(翼面邻近的闭曲线(L L1 1)上速度环量上速度环量1 1,离翼型足够远的闭曲线(离翼型足
5、够远的闭曲线(L L)上速度环量上速度环量,翼型前缘、后缘点分别为翼型前缘、后缘点分别为A、 B起动前的静止状态起动前的静止状态5.2低速翼型的流动特点及起动涡低速翼型的流动特点及起动涡第五章第五章 低速翼型的气动特性低速翼型的气动特性 翼型前后驻点分别为翼型前后驻点分别为O O、 O O1 1刚起动的极短时间内,刚起动的极短时间内,粘性尚未起作用粘性尚未起作用5.2低速翼型的流动特点及起动涡低速翼型的流动特点及起动涡第五章第五章 低速翼型的气动特性低速翼型的气动特性 后缘绕流在上翼面出现分离,产生逆时针旋涡,后驻点后缘绕流在上翼面出现分离,产生逆时针旋涡,后驻点O1移向后缘点移向后缘点B起动
6、中,粘性起作用。起动中,粘性起作用。5.2低速翼型的流动特点及起动涡低速翼型的流动特点及起动涡第五章第五章 低速翼型的气动特性低速翼型的气动特性 后驻点后驻点O1移至后缘点移至后缘点B时,后缘绕流分离形成的涡脱离翼面流向下游,时,后缘绕流分离形成的涡脱离翼面流向下游,形成起动涡,后缘处上下翼面流动平顺汇合流向下游。形成起动涡,后缘处上下翼面流动平顺汇合流向下游。起动过程完结,起动过程完结, 翼型匀速前进翼型匀速前进5.2低速翼型的流动特点及起动涡低速翼型的流动特点及起动涡第五章第五章 低速翼型的气动特性低速翼型的气动特性 由于远离翼面处流动不受粘性影响,所以由于远离翼面处流动不受粘性影响,所以
7、= 0 若设边界层和尾流中的环量为若设边界层和尾流中的环量为3,则应有,则应有, = 1+ 2 +3 于是于是1 = - ( 2 +3) 此时,如不计粘性影响,绕翼型的速度环量与此时,如不计粘性影响,绕翼型的速度环量与起动涡的速度环量大小相等、方向相反,即起动涡的速度环量大小相等、方向相反,即1 = - 2 5.2低速翼型的流动特点及起动涡低速翼型的流动特点及起动涡第五章第五章 低速翼型的气动特性低速翼型的气动特性 绕翼型无粘位流的升力问题,遵循儒可夫斯基升力定绕翼型无粘位流的升力问题,遵循儒可夫斯基升力定理。理。 根据该定理,直均流流过任意截面形状翼型的升力:根据该定理,直均流流过任意截面形
8、状翼型的升力:Y = V 可见,确定速度环量是关键。可见,确定速度环量是关键。 小迎角下,翼型绕流的压力分布及升力,与绕翼型的小迎角下,翼型绕流的压力分布及升力,与绕翼型的 无粘位流的压力分布及升力无本质差别。因此,不计粘性无粘位流的压力分布及升力无本质差别。因此,不计粘性作用,用绕翼型的无粘位流求解翼型压力分布及升力作用,用绕翼型的无粘位流求解翼型压力分布及升力,是合是合理的近似。理的近似。5.3 库塔库塔儒可夫斯基后缘条件和环量确定儒可夫斯基后缘条件和环量确定第五章第五章 低速翼型的气动特性低速翼型的气动特性 就无粘位流而言,给定来流流速、迎角和翼型时,下面就无粘位流而言,给定来流流速、迎
9、角和翼型时,下面三种绕流情形都是可能的:三种绕流情形都是可能的:( a ) 后驻点在上翼面,有逆时针后缘绕流;后驻点在上翼面,有逆时针后缘绕流;( b ) 后驻点在下翼面,有顺时针后缘绕流;后驻点在下翼面,有顺时针后缘绕流;( c ) 后驻点在后缘,无后缘绕流。后驻点在后缘,无后缘绕流。这表明,如无其它物理要求,环量无法确定这表明,如无其它物理要求,环量无法确定。5.3 库塔库塔儒可夫斯基后缘条件和环量确定儒可夫斯基后缘条件和环量确定第五章第五章 低速翼型的气动特性低速翼型的气动特性 后驻点在翼面上而不在后缘时,绕尖后缘的流动流速后驻点在翼面上而不在后缘时,绕尖后缘的流动流速理论上无穷大、压强
10、负无穷,物理上这是不可能的;只有理论上无穷大、压强负无穷,物理上这是不可能的;只有后驻点在后缘,不出现尖后缘绕流,上下翼面流动在后缘后驻点在后缘,不出现尖后缘绕流,上下翼面流动在后缘平顺汇合流向下游平顺汇合流向下游, ,后缘处流速为有限值,才合乎一般的物后缘处流速为有限值,才合乎一般的物理 要 求 。 此 时理 要 求 。 此 时 , , 有 唯 一 的 速 度 环 量 值 与 之 相 对 应 。有 唯 一 的 速 度 环 量 值 与 之 相 对 应 。 再者,从翼型实际绕流形成过程来看,粘性的作用消除了再者,从翼型实际绕流形成过程来看,粘性的作用消除了后缘绕流,上下翼面流动在后缘平顺汇合流向
11、下游,产生了后缘绕流,上下翼面流动在后缘平顺汇合流向下游,产生了起动涡,使翼型绕流具有了明确的速度环量。起动涡,使翼型绕流具有了明确的速度环量。 5.3 库塔库塔儒可夫斯基后缘条件和环量确定儒可夫斯基后缘条件和环量确定第五章第五章 低速翼型的气动特性低速翼型的气动特性 确定了无粘位流理确定了无粘位流理论涉及的速度环量论涉及的速度环量的唯一性,这是库的唯一性,这是库塔塔儒可夫斯基后儒可夫斯基后缘条件的实质。缘条件的实质。 具体的具体的库塔库塔儒可夫斯基后缘条件儒可夫斯基后缘条件如下:如下:(1)尖后缘翼型尖后缘翼型 后缘角后缘角00,后缘点是后驻点,后缘点是后驻点, V后上后上=V后下后下=0;
12、 后缘角后缘角=0,=0, 后缘点处流速为有限值后缘点处流速为有限值, , V后上后上=V后下后下 ;(2)(2)实际小圆弧后缘翼型(见右图)实际小圆弧后缘翼型(见右图) VS上上=VS下下 。简单讲,就是后缘无载荷:简单讲,就是后缘无载荷:p后上后上 = p后下后下5.3 库塔库塔儒可夫斯基后缘条件和环量确定儒可夫斯基后缘条件和环量确定第五章第五章 低速翼型的气动特性低速翼型的气动特性 翼型低速无粘位流问题,一般可描述如下:翼型低速无粘位流问题,一般可描述如下: 后缘条件,在无穷远,在翼面上00n翼面外法线单位矢来流速度位速度位n(1)5.4 薄翼型理论薄翼型理论第五章第五章 低速翼型的气动
13、特性低速翼型的气动特性 翼型绕流速度位满足拉普拉斯方程,因此它可分解为直均来流速度位和翼型存在引起的扰动速度位,即于是,扰动速度位也满足拉普拉斯方程:02222yx(4)00因有(2)(3)5.4 薄翼型理论薄翼型理论第五章第五章 低速翼型的气动特性低速翼型的气动特性 体轴坐标系翼面上x、y方向的流速分量记为ywxwvv,则边界条件为:xwywwwvvdxdy(5)ywywwwwywxwxwwwwxwvVvVyyyvvVvVxxxvsincos将代入(5)式得,wwxwwwywdxdyVvdxdyVv(6)5.4 薄翼型理论薄翼型理论第五章第五章 低速翼型的气动特性低速翼型的气动特性 因翼型薄
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