1、轴 流 通 风 机 翼 型 基 础 知 识 培 训轴 流 式 风 机 得 名 于 流 体 从 轴 向 流 人 叶 轮 并 沿 轴 向 流 出 。 其 工 作 原 理 基 于 叶 翼 型 理 论 ：机 翼 型 理 论 ： 飞 机 机 翼 的 横 截 面 （ 机 翼 的 截 面 形 状 都 为 三 角 形 ） 的 形 状 使 得 从 机 翼 上 表 面 流 过 的 空 气 速 度 大 于 从 机 翼 下 表 面 流 过的 空 气 速 度 。 这 样 机 翼 上 表 面 所 受 空 气 的 压 力 就 小 于 机 翼 下 表 面 所 受 空 气 压 力 。 这 个 压 力 差 就 是 飞 机 的 上
2、 升 力 ， 上 下 面 的 弧 度 不 同 造成 它 们 产 生 的 气 压 不 同 ， 所 以 产 生 了 向 上 的 升 力 。工 作 原 理 ： 气 体 以 一 个 攻 角 进 入 叶 轮 ， 在 翼 背 （ 工 作 面 ） 上 产 生 一 个 升 力 ， 同 时 必 定 在 翼 腹 （ 非 工 作 面 ） 上 产 生 一 个 大 小 相 等 方向 相 反 的 作 用 力 ， 使 气 体 排 出 叶 轮 呈 螺 旋 形 沿 轴 向 向 前 运 动 。 与 此 同 时 ， 风 机 进 口 处 由 于 差 压 的 作 用 ， 使 气 体 不 断 地 吸 入 。对 动 叶 可 调 轴 流 式
3、 风 机 ， 攻 角 越 大 ， 翼 背 的 周 界 越 大 ， 则 升 力 越 大 ， 风 机 的 压 差 就 越 大 ， 而 风 量 越 小 。 当 攻 角 达 到 临 界 值 时 ， 气体 将 离 开 翼 背 的 型 线 而 发 生 涡 流 ， 导 致 风 机 压 力 大 幅 度 下 降 而 产 生 失 速 现 象 。轴 流 式 风 机 中 的 流 体 不 受 离 心 力 的 作 用 ， 所 以 由 于 离 心 力 作 用 而 升 高 的 静 压 能 为 零 ， 因 而 它 所 产 生 的 能 头 远 低 于 离 心 式 风 机 。 故一 般 适 用 于 大 流 量 低 扬 程 的 地
4、方 ， 属 于 高 比 转 数 范 围 。第 一 章 通 风 机 中 的 伯 努 利 原 理 和 翼 型 升 力第 一 节 伯 努 利 原 理图 1-两 张 纸 在 内 外 压 强 差 作 用 下 靠 拢飞 机 机 翼 地 翼 剖 面 又 叫 做 翼 型 ， 一 般 翼 型 的 前 端 圆 钝 、 后 端 尖 锐 ， 上 表 面 拱起 、 下 表 面 较 平 ， 呈 鱼 侧 形 。 前 端 点 叫 做 前 缘 ， 后 端 点 叫 做 后 缘 ， 两 点 之 间 的 连线 叫 做 翼 弦 。 当 气 流 迎 面 流 过 机 翼 时 ， 流 线 分 布 情 况 如 图 2。 原 来 是 一 股 气
5、 流 ，由 于 机 翼 地 插 入 ， 被 分 成 上 下 两 股 。 通 过 机 翼 后 ， 在 后 缘 又 重 合 成 一 股 。 由 于 机翼 上 表 面 拱 起 ， 是 上 方 的 那 股 气 流 的 通 道 变 窄 。 根 据 气 流 的 连 续 性 原 理 和 伯 努 利定 理 可 以 得 知 ， 机 翼 上 方 的 压 强 比 机 翼 下 方 的 压 强 小 ， 也 就 是 说 ， 机 翼 下 表 面 受到 向 上 的 压 力 比 机 翼 上 表 面 受 到 向 下 的 压 力 要 大 ， 这 个 压 力 差 就 是 机 翼 产 生 的 升力 。图 2-气 流 从 机 翼 上 下
6、 方 流 过 的 情 况通 风 机 叶 片 翼 剖 面 又 叫 做 翼 型 ， 一 般 翼 型 的 前 端 （ 进 气 ） 圆 钝 、 后 端 尖 锐 ，上 表 面 拱 起 、 下 表 面 较 平 ， 呈 鱼 侧 形 。 前 端 点 叫 做 前 缘 ， 后 端 点 叫 做 后 缘 ， 两 点之 间 的 连 线 叫 做 翼 弦 。 当 气 流 迎 面 流 过 机 翼 时 ， 流 线 分 布 情 况 如 图 2原 来 是 一 股气 流 ， 由 于 机 翼 地 插 入 ， 被 分 成 上 下 两 股 。 通 过 机 翼 后 ， 在 后 缘 又 重 合 成 一 股 。由 于 机 翼 上 表 面 拱 起
7、 ， 是 上 方 的 那 股 气 流 的 通 道 变 窄 。 根 据 气 流 的 连 续 性 原 理 和伯 努 利 定 理 可 以 得 知 ， 机 翼 上 方 的 压 强 比 机 翼 下 方 的 压 强 小 ， 也 就 是 说 ， 机 翼 下表 面 受 到 向 上 的 压 力 比 机 翼 上 表 面 受 到 向 下 的 压 力 要 大 ， 这 个 压 力 差 就 是 机 翼 产生 。 机 翼 产 生 升 力 的 原 理 ， 公 认 的 说 法 是 大 气 施 加 与 机 翼 下 表 面 的 压 力 (方 向 向上 )比 施 加 于 机 翼 上 表 面 的 压 力 (方 向 向 下 )大 ， 二
8、 者 的 压 力 差 便 形 成 了 飞 机 的 升力 。 飞 机 向 前 飞 行 得 越 快 ， 机 翼 产 生 的 气 动 升 力 也 就 越 大 。图 3-气 流 从 机 翼 上 下 方 流 过 情 况英 国 剑 桥 大 学 教 授 Holger Babinsky 研 究 发 现 ， 现 有 的 解 释 可 能 是 重要 的 误 解 。 他 用 最 简 单 的 办 法 来 重 新 诠 释 ， 录 制 了 这 个 一 分 钟 的 视 频 。 从 气流 的 形 状 来 看 ， 机 翼 上 下 表 面 的 压 力 差 与 曲 面 的 形 状 有 关 ， 较 为 弯 曲 的 表 面能 产 生 较
9、 高 的 压 力 。 这 也 是 为 什 么 操 纵 帆 船 时 ， 只 需 略 微 弯 曲 船 帆 就 能 改 变速 度 。 简 单 说 ， 机 翼 的 升 力 应 该 与 曲 率 相 关 ， 而 不 是 (行 驶 )距 离 。图 4-气 流 从 机 翼 上 下 方 流 过 视 频 截 图第 二 节 翼 型 各 部 分 名 称图 5-翼 型 的 各 部 分 名 称翼 型 的 各 部 分 名 称 如 图 5所 示 。 翼 弦 是 翼 型 的 基 准 线 ， 它 是 前 缘 点 同 后 缘 点的 连 线 。 中 弧 线 是 指 上 弧 线 和 下 弧 线 之 间 的 内 切 圆 圆 心 的 连
10、线 。中 弧 线 最 大 弯 度 用 中 弧 线 最 高 点 到 翼 弦 的 距 离 来 表 示 。 在 一 定 的 范 围 内 ， 弯度 越 大 ， 升 阻 比 越 大 。 但 超 过 了 这 个 范 围 ， 阻 力 就 增 大 的 很 快 ， 升 阻 比 反 而 下 降 。中 弧 线 最 高 点 到 翼 弦 的 距 离 一 般 是 翼 弦 长 的 4% 8 中 弧 线 最 高 点 位 置 同 机 翼 上表 面 边 界 层 的 特 性 有 很 大 关 系 。 翼 型 的 最 大 厚 度 是 指 上 弧 线 同 下 弧 线 之 间 内 切 圆的 最 大 直 径 。 一 般 来 说 ， 厚 度
11、越 大 ， 阻 力 也 越 大 。 而 且 在 低 雷 诺 数 情 况 下 ， 机 翼表 面 容 易 保 持 层 流 边 界 层 。 因 此 ， 高 速 高 压 力 采 用 较 薄 的 翼 型 。 翼 型 最 大 厚 度 一股 是 翼 弦 的 6 、 8 。 翼 型 最 大 厚 度 位 置 对 机 翼 上 表 面 边 界 层 特 性 也 有 很 大 影响 。 翼 型 前 缘 半 径 决 定 了 翼 型 前 部 的 “ 尖 ” 或 “ 钝 ” ， 前 缘 半 径 小 ， 在 大 迎 角 下气 流 容 易 分 离 ， 使 风 机 的 稳 定 性 变 坏 易 喘 振 ， 前 缘 半 径 大 对 稳
12、定 性 有 好 处 ， 但 阻力 又 会 增 大 。 第 三 节 翼 型 种 类常 用 翼 型 有 对 称 、 双 凸 、 平 凸 、 凹 凸 等 几 种 ， 如 图 6所 示 。图 6-常 用 的 通 风 机 翼 型对 称 翼 型 的 中 弧 线 和 翼 弦 重 合 ， 上 弧 线 和 下 弧 线 对 称 。 这 种 翼 型 阻 力 系 数 比较 小 ， 但 升 阻 比 也 小 。 常 用 有 NACA65010系 列 、 C4翼 型 。 属 叶 栅 翼 型 ， 一 般 用于 高 压 力 轴 流 风 机 （ 超 音 速 ） 导 叶 。双 凸 翼 型 的 上 弧 线 和 下 弧 线 都 向 外
13、 凸 ， 但 上 弧 线 的 弯 度 比 下 弧 线 大 。 这 种 翼型 比 对 称 翼 型 的 升 阻 比 大 。 一 般 为 NACA四 位 数 系 列 、 NACA65系 列 翼 型 与 GA(W)，属 孤 立 翼 型 ， 一 般 用 于 低 压 力 轴 流 风 机 （ 亚 音 速 ） 。平 凸 翼 型 的 下 弧 线 是 一 条 直 线 。 这 种 翼 型 最 大 升 阻 比 要 比 双 凸 翼 型 大 。 凹 凸翼 型 的 下 弧 线 向 内 凹 入 。 这 种 翼 型 能 产 生 较 大 的 升 力 ， 升 阻 比 也 比 较 大 。 代 表 有RAF 6E、 CLARK Y、
14、葛 廷 根 与 LS翼 型 。 属 孤 立 翼 型 ， 通 风 机 中 应 用 较 多 。凹 凸 翼 型 的 下 弧 线 向 内 凹 入 。 这 种 翼 型 能 产 生 较 大 的 升 力 ， 升 阻 比 也 比 较 大 。常 用 有 前 苏 联 、 F族 翼 型 。 属 叶 栅 翼 型 ， 一 般 用 于 高 压 力 轴 流 风 机 （ 超音 速 ） 动 叶 及 导 叶 。平 板 和 圆 弧 板 翼 型 ， 由 德 国 葛 廷 根 大 学 提 出 。 属 孤 立 翼 型 ， 适 用 于 简 单 结 构的 低 成 本 、 低 效 率 轴 流 风 机 。第 四 节 失 速 原 理图 7-气 流
15、在 机 翼 上 表 面 分 离在 机 翼 迎 角 较 小 的 范 围 内 ， 升 力 随 着 迎 角 的 加 大 而 增 大 。 但 是 ， 当 迎 角 加 大到 某 个 值 时 ， 升 力 就 不 再 增 加 了 。 这 时 候 的 迎 角 叫 做 临 界 迎 角 。 当 超 过 临 界 迎 角后 ， 迎 角 再 加 大 ， 阻 力 增 加 ， 升 力 反 而 减 小 。 这 现 象 就 叫 做 失 速 。产 生 失 速 的 原 因 是 ： 由 于 迎 角 的 增 加 ， 机 翼 上 表 面 从 前 缘 到 最 高 点 压 强减 小 和 从 最 高 点 到 后 缘 压 强 增 大 的 情 况
16、 更 加 突 出 。 当 超 过 临 界 迎 角 以 后 ， 气 流 在流 过 机 翼 的 最 高 点 不 多 远 ， 就 从 翼 表 面 上 分 离 了 ， 在 翼 面 后 半 部 分 产 生 很 大 的 涡流 见 图 7， 造 成 阻 力 增 加 。第 五 节 人 工 扰 流 方 案图 8-人 工 扰 流 方 案要 推 迟 失 速 的 发 生 ， 就 要 想 办 法 使 气 流 晚 些 从 机 翼 上 分 离 。 机 翼 表 面 如 果 是层 流 边 界 层 ， 气 流 比 较 容 易 分 离 ； 如 果 是 絮 流 边 界 层 ， 气 流 比 较 难 分 离 。 也 就 是说 ， 为 了
17、 推 迟 失 速 ， 在 机 翼 表 面 要 造 成 絮 流 边 界 层 。 一 般 来 说 ， 雷 诺 数 增 大 ， 机翼 表 面 的 层 流 边 界 层 容 易 变 成 絮 流 边 界 层 。第 二 章 机 翼 阻 力擦 阻 力 ： 当 空 气 流 过 机 翼 表 面 的 时 候 ， 由 于 空 气 的 粘 性 作 用 ， 在 空 气 和 机 翼 表 面之 间 会 产 生 摩 擦 阻 力 。 如 果 机 翼 表 面 的 边 界 层 是 层 流 边 界 层 ， 空 气 粘 性 所 引 起 的摩 擦 阻 力 比 较 小 ， 如 果 机 翼 表 面 的 边 界 层 是 紊 流 边 界 层 ，
18、空 气 粘 性 所 引 起 的 摩 擦阻 力 就 比 较 大 。为 了 减 少 摩 擦 阻 力 ， 可 以 减 少 模 型 飞 机 同 空 气 的 接 触 面 积 ， 也 可 以 把 模 型 飞机 表 面 做 光 滑 些 。 但 不 是 越 光 滑 越 好 ， 因 为 表 面 太 光 滑 ， 容 易 保 持 层 流 边 界 层 ，而 层 流 边 界 层 的 气 流 容 易 分 离 ， 会 使 压 差 阻 力 大 大 增 加 。压 差 阻 力 ： 一 块 平 板 ， 平 行 于 气 流 运 动 阻 力 比 较 小 ， 垂 直 于 气 流 运 动 阻 力 比 较 大 ，如 图 9所 示 。 因 为
19、 这 种 阻 力 是 由 于 平 板 前 后 存 在 压 力 差 而 引 起 的 ， 所 以 ， 我 们 把这 种 阻 力 叫 做 压 差 阻 力 。 如 果 进 行 进 一 步 的 研 究 ， 可 以 看 到 ， 产 生 这 个 压 力 差 的根 本 原 因 还 是 由 于 空 气 的 粘 性 。图 9-平 板 的 压 差 阻 力压 差 阻 力 同 物 体 的 形 状 ， 物 体 在 气 流 中 的 姿 态 以 及 物 体 的 最 大 迎 风 面 积 等 有关 ， 其 中 最 主 要 的 是 同 物 体 的 形 状 有 关 。 如 果 在 那 块 垂 直 于 气 流 的 平 板 前 面 和
20、后面 都 加 上 尖 球 形 的 罩 ， 成 为 流 线 型 的 形 状 ， 见 图 10， 它 的 压 差 阻 力 就 可 大 大 减小 ， 有 的 可 减 小 90 。 所 以 ， 一 般 模 型 飞 机 的 部 件 都 采 用 流 线 型 的 。在 通 常 的 情 况 下 ， 机 翼 的 阻 力 主 要 就 是 压 差 阻 力 和 摩 擦 阻 力 。 它 们 的 和 几 乎就 是 总 的 阻 力 ， 叫 做 翼 型 阻 力 。 但 是 ， 这 两 种 阻 力 在 总 阻 力 中 所 占 的 比 例 随 物 体形 状 的 不 同 而 有 所 变 化 。 对 于 流 线 型 好 的 物 体 摩 擦 阻 力 是 主 要 的 ， 对 于 流 线 型 不好 的 物 体 ， 压 差 阻 力 是 主 要 的 ,如 图 10。图 10-采 用 流 线 型 可 减 小 阻 力
