可调缝道构型对翼型气动特性的影响

翼型开缝是一种抑制翼型吸力面流动分离的被动流动控制技术。为了解决翼型开缝时仅能改善失速特性无法保障小迎角气动特性不被破坏的问题,本文以S809翼型作为研究对象,采用CFD方法进行翼型开缝研究,探究不同缝道参数对翼型气动特性的影响。提出了一种缝道调整方案,通过可调缝道兼顾翼型在小迎角及大迎角时的气动特性。结果表明:1)“基础缝道”构型可大幅改善翼型的失速特性,最大升力系数提高70.8%,达到1.81,失速迎角推迟到21°;2)通过平移或旋转等方式实现了曲线缝道的“梯形”化,实现了缝道的微小调整,得到可维持翼型小迎角气动特性的两种缝道构型;3)利用“基础缝道”和“前翼旋转5°缝道”之间的几何关系,提出了一种可调缝道方案,满足了失速特性大幅改善前提下小迎角气动特性不被破坏的需求。本文所采用的可调缝道研究思路和缝道方案可为翼型开缝技术的工程化应用提供一种参考。

开缝对风力机翼型空气动力学特性的影响

以S809翼型为研究对象,用CFD数值模拟计算的方法研究了在失速条件下,风力机翼型上下表面同时开缝的被动控制策略对翼型空气动力学特性的影响。采用基于速度耦合的SIMPLEC算法进行数值模拟,将四种常用的湍流模型(Spalart-Allmaras、k-e、k-w、k-w-SST)在12°和24°攻角下的计算结果和实验数据对比,得出了最优于翼型计算的湍流模型为k-w-SST。分析了缝隙位置、宽度和斜率对翼型气动性能的影响。结果表明:当开缝位置位于分离点附近时,翼型气动性能最优;当缝隙宽度为弦长的2%时,翼型气动性能最优;当缝隙和弦线的夹角为75°时,翼型气动性能最优,且在攻角超过24°时开缝对翼型的气动性能有不利影响。

缝道几何构型对翼型气动特性的影响

为深入研究翼型开缝抑制翼型吸力面流动分离的被动流动控制技术,在探讨开缝依据的基础上,针对NACA 4421翼型设计了7种缝道构型,并给出了缝道构型之间的几何联系,对比分析了曲线、折线及直线3种形式的缝道对翼型失速的控制效果,发现曲线缝道能够显著提高翼型的最大升力系数和失速迎角;分析了曲线缝道构型升力系数“双峰”现象的机理,提出了一种新型导流片缝道构型,该构型利用“科恩达效应”能够全面改善基准翼型的失速特性,失速迎角推迟可达14°,最大升力系数提高122%,达到2.785,可为增升装置设计提供新的思路和参考。

翼缝形状对垂直轴风力机翼型气动性能的影响

为延迟翼型附面层分离,提高翼型的气动性能,针对一种垂直轴风力机对称翼型NACA0012,提出3种弧形开缝方案和3种弧形与直线形相组合的开缝方案。针对常规翼型建立仿真模型并验证网格无关性,得到最佳网格数目为4.6×10^4个。利用ANYSYFLUENT软件对翼型进行二维流体力学仿真,求得其临界攻角下翼型的压力系数分布,得出最佳的开缝位置为1/8c;以获得最大升阻比为目标函数,得到最佳的弧形半径为8%c;提出采用直线与弧形相组合的开缝方案,解决弧形翼缝迎风端与来流风速方向之间不匹配问题。研究结果表明:当叶尖速比λ超过3.5时,T-line-arc为最佳开缝方案;当叶尖速比λ小于3.5时,T-line为最佳开缝方案;当λ为2.0时,采用对称开缝翼型,叶片失速区范围下降61.5%。