三維曲面翼型的設(shè)計方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種三維曲面翼型的設(shè)計方法，它不僅針對可再生能源類的風(fēng)力發(fā)電機葉片，也可以針對各類有旋轉(zhuǎn)翼的飛行器，噴氣發(fā)動機，蒸汽/燃?xì)廨啓C和特大型水輪機葉片等，可作為構(gòu)筑各種機翼，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。通過構(gòu)建優(yōu)化三維曲面翼型進(jìn)而改變?nèi)~片的氣動外形，在相同材料和結(jié)構(gòu)布置的基礎(chǔ)上，提高旋轉(zhuǎn)葉片氣動采力效率。
【專利說明】三維曲面翼型的設(shè)計方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種三維曲面翼型的設(shè)計方法，它不僅針對可再生能源類的風(fēng)力發(fā)電機葉片，也可以針對各類有旋轉(zhuǎn)翼的飛行器，噴氣發(fā)動機，蒸汽/燃?xì)廨啓C和特大型水輪機葉片等，可作為構(gòu)筑各種機翼，旋翼和葉片的基本幾何單元。
【背景技術(shù)】
[0002]直升機是以旋翼為其主要升力來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特性的好壞，而這與旋翼槳葉的氣動外形有著十分密切的關(guān)系。因而作為旋翼槳葉氣動外形基本元素的旋翼翼型對直升機旋翼流場和氣動特性有著重要的影響，在提高直升機的機動性、巡航速度和減弱噪聲特性等方面亦具有顯著的作用。因此，開展先進(jìn)的直升機旋翼翼型氣動設(shè)計研究對提高旋翼性能從而改善直升機性能具有十分重要的意義。目前國外先進(jìn)的直升機均配備了旋翼專用翼型，如俄羅斯的米-28N浩劫武裝直升機因為采用了新型TsAGI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)、死筋斗及橫滾等動作，而這些高難度的特技飛行動作在米-28N直升機問世前只有戰(zhàn)斗機才能完成。由此可見，該直升機旋翼翼型性能已達(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。在國內(nèi)，盡管直升機旋翼氣動設(shè)計技術(shù)取得了很大的進(jìn)步，但在旋翼翼型設(shè)計技術(shù)方面與先進(jìn)國家尚存在很大的差距，尚沒有擁有一套自主知識產(chǎn)權(quán)的直升機專用翼型。因此值得深入開展直升機新型翼型的設(shè)計研究工作。然而，進(jìn)行直升機旋翼翼型的設(shè)計又是一項相當(dāng)艱巨的工作。首先，由于加入了槳葉的旋轉(zhuǎn)，各剖面翼型的相對來流速度沿展向由低速連續(xù)變化到高速，使槳葉間氣動干擾劇烈，流場存在槳-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，前行槳葉可能會出現(xiàn)激波失速，后行槳葉可能會出現(xiàn)氣流分離等現(xiàn)象，導(dǎo)致直升機旋翼的流場十分復(fù)雜，很難準(zhǔn)確地對它進(jìn)行數(shù)值模擬。其次，雖然目前翼型設(shè)計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)計人員的經(jīng)驗，并依賴于風(fēng)洞試驗進(jìn)行的，這期間比較有代表性的翼型有美國的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、超音速時代之后，由于試驗條件等的限制，單純依靠經(jīng)驗和風(fēng)洞試驗已經(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，隨著計算機能力和數(shù)值計算方法的發(fā)展，翼型的設(shè)計水平大大提高。特別是計算流體力學(xué)(CFD)方法在節(jié)約研制成本，縮短研發(fā)周期，減少設(shè)計成本方面的優(yōu)勢得以充分發(fā)揮，因此，基于CFD方法的翼型設(shè)計已經(jīng)成為研究熱點。
[0004]為了有效的利用來自空氣的力量，人們都會采用有特定氣動外形的結(jié)構(gòu)體，如飛機的機翼，俗稱“翅膀”，風(fēng)力發(fā)電機的葉片等來達(dá)到這個目的。目前這些特定考究的外形又都無一例外地采用各類平面翼型(Airfoil)組合的方式來構(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)庫均為二維翼型數(shù)據(jù)。其幾何包絡(luò)構(gòu)成先計算中骨線:[0005]
【權(quán)利要求】
1.一種三維曲面翼型的設(shè)計方法，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)，計算弦線各X坐標(biāo)點間的增量AL1, AL2...ALi(ALi = Xw-Xi);確定根據(jù)設(shè)計擬布置的翼型的旋轉(zhuǎn)半徑R ;
b)選擇X1 = Z1 = 0.707R,此時 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)計方法，其特征在于Ji為2-D翼型系列的y修正值。
【文檔編號】F03B3/12GK103967718SQ201310053925
【公開日】2014年8月6日 申請日期: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 申請人:新疆尚孚新能源科技有限公司