一種基于力學(xué)模型的圓弧翼型葉片受力計算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于風(fēng)力機動力特性技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于力學(xué)模型的圓弧翼型葉 片受力計算方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 風(fēng)力機等葉輪機械的效率主要是由葉片決定的，而葉片翼型作為葉片的基本要 素，其動力性能的好壞直接影響到風(fēng)力機對風(fēng)能利用效率的高低。因此，葉片的升力、阻力 和升阻比的計算和研宄具有重要的意義。
[0003] 國內(nèi)外對葉片受力研宄主要方法有試驗測試、理論分析、CFD數(shù)值計算。試驗測試 對于研宄葉片受力雖然有很高的價值，但是受制于試驗條件、經(jīng)費等條件，實施難度較大。 CFD數(shù)值計算具有較強的任意性和靈活性，不受時間、空間、條件等的限制，但是缺乏統(tǒng)一可 信的測量尺度，且容易受預(yù)先設(shè)計的結(jié)果影響，主觀性較強，同時又過于依賴物理數(shù)學(xué)條件 的設(shè)定，網(wǎng)格劃分技術(shù)的局限，研宄葉片受力的準(zhǔn)確性不夠等。
[0004] 目前理論分析計算葉片受力的方法，比較常用且有深入研宄的主要為動量-葉素 理論，動量-葉素理論計算量小，但由于其過于簡化，使受力計算的準(zhǔn)確性受到影響。其他 用于研宄葉片受力的理論方法同樣也有諸多缺陷，并不能準(zhǔn)確計算葉片受力，尤其是非定 常受力，而研宄葉片非定常受力更有實際工程意義。
[0005] 因此探討更實用更準(zhǔn)確的研宄葉片受力及動力特性研宄的方法具有現(xiàn)實意義。力 學(xué)模型是理論研宄葉片動力特性的重要方法，利用力學(xué)模型從理論角度研宄葉片受力具有 現(xiàn)實可行性，可以彌補葉片受力研宄的不足，對于提高風(fēng)力機風(fēng)能利用效率及葉片壽命，具 有積極意義。
[0006] 長久以來，國內(nèi)外在力學(xué)模型領(lǐng)域的研宄主要集中在航空發(fā)動機、汽輪機葉片上， 利用力學(xué)模型來研宄風(fēng)力機等葉片非定常受力已經(jīng)有一些初步成果，但研宄仍存在很多不 足，現(xiàn)有的研宄仍是以定常為主，非定常計算較少，且現(xiàn)有的非定常研宄很多都是非連續(xù)時 間域的。由于葉片有一定的扭曲度，直接建模難度較大，需要對葉片做適當(dāng)?shù)暮喕鸩缴?入研宄。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的是提供一種基于力學(xué)模型的圓弧翼型葉片受力計算方法，既可以研 宄葉片的定常的動力特性，又可以研宄葉片的非定常的動力特性，從而可以使得葉片動力 特性計算準(zhǔn)確。
[0008] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種基于力學(xué)模型的圓弧翼型葉片受力計算方法， 具體按照以下步驟實施：
[0009] 步驟1、為拱高為h、半弦長為b的圓弧翼型葉片建立二維圓弧翼型葉片力學(xué)模 型；
[0010] 步驟2、在步驟1建立的力學(xué)模型中計算圓弧翼型葉片總的升力L為：
【主權(quán)項】
1. 一種基于力學(xué)模型的圓弧翼型葉片受力計算方法，其特征在于，具體按照以下步驟 實施： 步驟1、為拱高為h、半弦長為b的圓弧翼型葉片建立二維圓弧翼型葉片力學(xué)模型； 步驟2、在步驟1建立的力學(xué)模型中計算圓弧翼型葉片總的升力L為：
其中，Lnc為圓弧翼型葉片無環(huán)量部分的升力，L a為圓弧翼型葉片環(huán)量部分的升力，Ls 為圓弧翼型葉片邊緣吸力的升力； 在步驟1建立的力學(xué)模型中計算圓弧翼型葉片總的阻力D為：
其中，Dnc為圓弧翼型葉片無環(huán)量部分的阻力，D a為圓弧翼型葉片環(huán)量部分的阻力，Ds 為圓弧翼型葉片邊緣吸力的阻力。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于力學(xué)模型的圓弧翼型葉片受力計算方法，其特征在 于，所述步驟1中二維圓弧翼型葉片力學(xué)模型的建立方法為：在同一平面建立慣性坐標(biāo)系 O-XZ和局部坐標(biāo)系o-xz，局部坐標(biāo)系o-xz的X軸設(shè)置在圓弧的弦線上，圓弧的弦線的中點 為局部坐標(biāo)系O-XZ的原點〇,慣性坐標(biāo)系O-XZ的X軸的負半軸和局部坐標(biāo)系O-XZ的X軸 的負半軸相交于點A，點A距原點〇和原點0的距離均為ab，a為系數(shù)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于力學(xué)模型的圓弧翼型葉片受力計算方法，其特征在 于，所述步驟2中圓弧翼型葉片無環(huán)量部分的升力L ic為： LncNncCOSCt， 其中，Nnc為圓弧翼型葉片無環(huán)量部分的法向力為：
圓弧翼型葉片無環(huán)量部分的阻力Dnc為： Dnc=Nnc sina，
軸的正半軸方向的速度，V為圓弧翼型葉片在慣性坐標(biāo)系O-XZ中Z軸的正半軸方向的速
圓弧翼型葉片環(huán)量部分的升力La為： Lci= Nci cos a， 其中，Nci為圓弧翼型葉片環(huán)量部分的法向力為：
圓弧翼型葉片環(huán)量部分的阻力Da為： Dci= Nci sina， 其中，F(xiàn)i為在距n平面的圓的圓心I的距離為^處選取的單個渦的渦強度，直角 坐標(biāo)系中，F(xiàn)i位置為（Xi，Zi)為鏡像渦-1\的中心點和圓心I所在的直線與過圓心
圓弧翼型葉片邊緣吸力的阻力Ds為：
【專利摘要】本發(fā)明一種基于力學(xué)模型的圓弧翼型葉片受力計算方法，具體按照以下步驟實施：步驟1、根據(jù)圓弧翼型葉片建立二維圓弧翼型葉片力學(xué)模型；步驟2、在步驟1建立的力學(xué)模型中計算圓弧翼型葉片總的升力L為：在步驟1建立的力學(xué)模型中計算圓弧翼型葉片總的阻力D為：本發(fā)明受力計算方法通過建立圓弧翼型葉片的力學(xué)模型，并采用解析法計算圓弧翼型葉片所受到的升力和阻力，提供一種用于研究葉片動力特性的新方法、新思路，為進一步研究葉片的非定常受力奠定了基礎(chǔ)。
【IPC分類】F03D11-00
【公開號】CN104819104
【申請?zhí)枴緾N201510094526
【發(fā)明人】趙道利, 孫維鵬, 南海鵬, 羅興锜, 梁武科, 寇林, 田鵬飛, 陳濤
【申請人】西安理工大學(xué)
【公開日】2015年8月5日
【申請日】2015年3月3日