NACA4412參數(shù)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、6設(shè)計(jì)題目姓名學(xué)號(hào)指導(dǎo)教師NACA4412翼型參數(shù)設(shè)計(jì)風(fēng)能轉(zhuǎn)化原理與技術(shù)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告孫巖雷912108670128王學(xué)德提交日期2014年12月26日一、背景風(fēng)能是太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換的一種形式，是一種重要的自然資源，且據(jù)估計(jì)地球上可利用的風(fēng)能比可開發(fā)利用的水能總量還要大10倍以上。隨著社會(huì)的發(fā)展，能源危機(jī)愈來(lái)愈嚴(yán)重，而且燃燒化石能源所帶來(lái)的環(huán)境危害也愈發(fā)不可忽視。因此，作為新一代能源利用的典范，風(fēng)力機(jī)的大規(guī)模應(yīng)用也就理所應(yīng)當(dāng)了。風(fēng)輪是風(fēng)力機(jī)最主要部件，其氣動(dòng)特性影響風(fēng)能轉(zhuǎn)換率，也決定了風(fēng)力機(jī)的經(jīng)濟(jì)性。水平軸風(fēng)力機(jī)是現(xiàn)在最流行、最廣泛的采用的風(fēng)力機(jī)。而風(fēng)輪的翼型決定著風(fēng)輪的氣動(dòng)參數(shù)。隨著航空科學(xué)的發(fā)展，

2、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DU系列，英國(guó)有RAE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。而在現(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。本文就是在NACA4412翼型的基礎(chǔ)上進(jìn)行風(fēng)力機(jī)設(shè)計(jì)的。二、設(shè)計(jì)流程風(fēng)輪設(shè)計(jì)主要確定如下關(guān)鍵參數(shù)有：風(fēng)輪直徑、葉片數(shù)、葉尖速比、葉片翼型、葉素弦長(zhǎng)、葉素安裝角等。本文對(duì)翼型為NACA4412的風(fēng)力機(jī)葉片進(jìn)行外形設(shè)計(jì)，其給定的參數(shù)為：風(fēng)力機(jī)的輸出功率P=6.7kW，設(shè)計(jì)風(fēng)速=7m/s，風(fēng)輪轉(zhuǎn)速72rpm，風(fēng)力機(jī)功率系數(shù)Cp=0.43，空氣密

3、度為1.225kg/m3，葉片數(shù)為3。根據(jù)相關(guān)參數(shù)求得葉片的直徑，然后通過(guò)讀取翼型的相關(guān)數(shù)據(jù)確定最佳攻角，以及其所在位置處的最佳升力系數(shù),最佳阻力系數(shù)和最佳升阻比，利用葉素理論。動(dòng)量理論和貝茨理計(jì)算葉片各個(gè)部位的相關(guān)參數(shù)(各個(gè)部分的周向誘導(dǎo)因子、軸向誘導(dǎo)因子、葉尖速比，入流角，槳距角和攻角)，并根據(jù)相關(guān)的結(jié)果作出葉片弦長(zhǎng)和扭角與取樣位置的曲線，進(jìn)而得到整個(gè)葉片的設(shè)計(jì)方案。已知最大設(shè)計(jì)輸出功率Pu(W)和風(fēng)力機(jī)前風(fēng)速度確定情況下。則風(fēng)輪直徑D可按如下公式確定：V兀式中，P空氣密度，取1.225kg/m3；p風(fēng)力機(jī)功率，取6.7KW；Cp風(fēng)力機(jī)功率系數(shù)，取0.43；V來(lái)流速度，取7m/s。由風(fēng)輪的

4、轉(zhuǎn)速n的公式：nD即可得風(fēng)輪葉尖處的葉尖速比或可根據(jù)下述公式求得:將葉片長(zhǎng)度劃分為10段，然后計(jì)算每一段的葉素的葉尖速比,Ano%QxlO%Aq0x20%A幾30%Qx30%AZ40%Qx40%20%一FQx50%R-AGx60%R0x70%AA0x80%A50%F160%70%80%.Qx9O%7?A90%v后利用所給參數(shù)求得葉片的最佳弦長(zhǎng)：2?rr8f二Lz9Q列其中e為各截面處的入流角，-為翼型臨界攻角，且由氣動(dòng)數(shù)據(jù)表查得最大升力系數(shù)對(duì)應(yīng)的攻角為a=8°即為翼型臨界攻角根據(jù)相關(guān)關(guān)系式就可以通過(guò)迭代方法求得軸向誘導(dǎo)因子a和周向誘導(dǎo)因子b,迭代步驟如下：假設(shè)a和b的初值，一般可取0

5、；（1）計(jì)算入流角;=arctan（2）計(jì)算扭角a=0-0;（3）根據(jù)翼型空氣動(dòng)力特性曲線得到葉素的升力系數(shù)Cl和阻力系數(shù)Cd；（4）計(jì)算葉素的法向力系數(shù)Cn和切向力系數(shù)CtC=CcosO+Csin0nldC=Csin0一Ccos0tld（5）計(jì)算a和b的新值Beb=2na=bC n1-a4Fsin20bbC t1+b4Fsin0cos0比較新計(jì)算的a和b值與上一次的a和b值，如果誤差小于設(shè)定的誤差值（一般可取0.001），則迭代終止；否則，再回到（2）繼續(xù)迭代。其中，F(xiàn)為普朗特葉尖損失修正因子，且2arccosexp一一12R-r'rsin0丿三、程序展示參數(shù)輸入與數(shù)據(jù)讀取攻角升力系

6、教阻力系埶升阻比柳俯力拒系埶01234T1T1TI1I&N貞CA4412參數(shù)讀取1 -6.5-5293.0553-9.5714-05032 -6-4994.0466-10.716-05033 -5.5-4315.038-11.3553-05624 -5-3512.0319-11.0094-06265 -4.52687.0292-9.202106856 -4-.1881.0277-6.7906-07427 -3.5-1091.0264-4.1326-07938 -3-0294.025-1.176-0849 -2.5.0504遼3呂2.1176-0886-2.1409.02226.3468

7、-095-1.5.2125.020810.2163-0977-1.30閔.018716.246-.102一5.3762.018420.445710450.4439.01224.6611-.105815 5.50呂5.017728.7288-.106416 1.5649.017632.0966-.105617 1.5.61了3.01珥34.8757-.104318 26¥3401花37.8315-103519 2.5花96.01840.5333-.102820 3能54.01或43.1538-.102121 3.5.3356.018744.6845-.100722 4.8847.019

8、345.8394-099123 4.5.9359.019呂47.2677-097824 59刖9020348.665096625 5.51.0409.020850.0433-095626 61.0847.021550.4512-0931升力系數(shù)CL最大升阻比(CL/CD)鳳輪直徑(m1.9.8.7.6弦長(zhǎng)/m.5ftNACA4412繪囹5.NACA4412IH-片弦長(zhǎng)繪圖葉片扭角繪圖界面入流角展向長(zhǎng)度葉片弦長(zhǎng)10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%1.23260.9610.74740.59970.49660.42210.36630.32320.28890.2611展向長(zhǎng)度

9、葉片扭角332419149.7仃気宅1%epi號(hào)Rn*K7n*KFsnstQn*K1rin原樣位置所占葉百%OOOOOOOOOO123456789178467449-39601144-8一219532-四、總結(jié)與收獲本次設(shè)計(jì)通過(guò)利用課本中的公式和參考老師以及學(xué)長(zhǎng)的論文中公式，得到了計(jì)算的結(jié)果，并進(jìn)行繪圖。但上述僅僅是對(duì)理想模型的設(shè)計(jì)，還應(yīng)根據(jù)相關(guān)的實(shí)際參數(shù)進(jìn)行比較修改，并利用風(fēng)洞進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，從而得到較優(yōu)化的設(shè)計(jì)方案。在這次設(shè)計(jì)中，我收獲很多，首先感謝老師這一學(xué)期的教育和幫助，使我通過(guò)上課和實(shí)驗(yàn)獲得了相關(guān)的理論知識(shí)，然后通過(guò)自己的實(shí)際行動(dòng)，將所學(xué)的知識(shí)通過(guò)大作業(yè)的方式應(yīng)用到實(shí)踐中去。在設(shè)計(jì)的這幾周里，我發(fā)現(xiàn)了自己的不足，沒(méi)有將所學(xué)的知識(shí)系統(tǒng)的理解，有的地方只是片面的了解，并不深入。通過(guò)這次設(shè)計(jì)，不僅使我對(duì)課本中應(yīng)用的公式更加了解，也使我對(duì)葉片的翼型有了更深入地了解，為以后可能從事這一方面的工作打下基礎(chǔ)。同時(shí)，通過(guò)此次設(shè)計(jì)，使我將VB的知識(shí)重新復(fù)習(xí)了一遍，