可逆翼型气动特性分析

可逆翼型气动特性分析

李岚翔

合肥华升泵阀股份有限公司合肥231131

摘要：翼型作为航空高科技发展的产物，被广泛的应用于工业产品的设计。可逆翼型作为特种翼型，也得到了广大学者的关注。选取了三款翼型，分别为对称翼型、S翼型和常规非对称翼型，利用X-foil软件对上述三种翼型气动性能进行数值计算，并对计算结果进行了分析。结果显示，对称翼型的升力和升阻比特性均要优于S翼型，是可逆翼型设计中较为理想的选择。

关键词：可逆翼型；气动特性；X-foil

1前言

翼型作为航空高科技发展的产物，被广泛的应用于工业产品的设计，例如通风机、风力机、轴流泵的叶片，汽车尾翼，等等[1-2]，并且翼型的引入为这些产品的性能带来了显著的提高。上世纪七八十年代，国内的通风机大多采用一元理论进行设计，产品效率非常低，通常只能达到30-40%，之后国内学者将翼型理论引入了通风机设计后，其运行效率达到了70-80%，节能效果斐然。

本文选取了两款可逆翼型和一款常规非对称翼型，利用X-foil软件对其气动性能进行了数值计算和分析，得出了可逆翼型的气动特点。

2气动特性分析

2.1可逆翼型的几何特征

对可逆翼型的主要要求是，无论翼型前缘向前或后缘向前，其升力特性和升阻比特性不要有太大的差别。

本文选取了一款对称翼型和一款S翼型，并与一款常规翼型进行了比较。表1中给出了三种翼型的几何特征参数，其型线图如图1所示。

表1.几何特征参数

图1翼型型线示意图

2.2数值计算方法

MarkDrela于1989年开发了X-foil翼型分析与设计系统，该软件对于粘性流体采用了面元法和边界层理论，由于其计算简单方便，适合于低速翼型的快速分析和设计，因此得到了广泛应用。AshokG等[3]对比了NLF（1）-0416和NLF（1）-0215F翼型的X-foil计算结果与试验数据，指出X-foil程序可以用于优化设计中计算不同外型的翼型气动性能。邓磊等为减少计算量，将X-foil软件应用于高升阻比自然层流翼型的优化设计，进一步验证了该软件的可靠性。

本文利用X-foil软件对上述翼型气动性能进行数值计算，取雷诺数Re=1.0×106，由于S翼型和对称翼型均是关于中心轴对称，因此其正反风工况下的气动特性曲线完全相同，因此本文只对正风时的气动性能进行了计算，计算结果如图2所示。

图2翼型气动性能曲线

3结果与分析

从图2中的升力系数—攻角曲线可看出，当攻角小于9°时，在同一攻角下，常规翼型的升力系数明显大于另外两种翼型，当攻角大于9°时，常规翼型的升力系数则略小于S翼型；当攻角大于1°且小于9°时，对称翼型和S翼型的升力系数—攻角曲线重合，当攻角小于1°时，在同一攻角下，S翼型的升力系数大于对称翼型。图2中还给出了三种翼型的升阻比—攻角曲线，从中可看出，在计算的整个攻角范围内，三种翼型的升阻比—攻角曲线都比较平坦，而且高效升阻比范围都比较宽；当攻角小于10°时，常规翼型的升阻比—攻角曲线明显高于另外两种翼型，随着攻角增大，则略小于另外两种翼型；在负攻角范围，对称翼型的升阻比低于S翼型，但当攻角大于0°时，对称翼型的升阻比略高于S翼型。

4结论

选取了三款翼型，分别为对称翼型、S翼型和常规非对称翼型，利用X-foil软件对上述三种翼型气动性能进行数值计算。结果显示，虽然与常规翼型正风时的气动性能有一定的差距，但对称翼型的升力和升阻比特性均要优于S翼型，是可逆翼型设计中较为理想的选择。

参考文献：

[1]王军，赵天鹏，宋文艳.一种对旋式轴流风机的效率估算方法[J].机械科学与技术，2000，19（5）：738-739.

[2]韩非非，席德科.多翼离心风机数值计算及改进设计研究[J].机械科学与技术，2010，29（8）：992-996.

[3]ASHOKG，MICHAELSS.Low-speednatural-laminar-flowairfoils：casestudyininverseairfoildesign[J].JournalofAircraft，2001，38（1）：57-63.