NACA4412参数设计实验报告剖析

1、Nanjing Unh膛Hfit、of Scicikc and 1 cc inolog风能转化原理与技术设计实验报告设计题目NACA4412翼型参数设计姓名 孙岩雷学号 912108670128指导教师王学德提交日期 2014 年12月26日一、背景风能是太阳能转换的一种形式，是一种重要的自然资源，且据估 计地球上可利用的风能比可开发利用的水能总量还要大10倍以上。随着社会的发展，能源危机愈来愈严重，而且燃烧化石能源所带来的 环境危害也愈发不可忽视。因此，作为新一代能源利用的典范，风力 机的大规模应用也就理所应当了。风轮是风力机最主要部件，其气动特性影响风能转换率，也决定了风力机的经济性。水平

2、轴风力机是现在最流行、最广泛的采用 的风力机。而风轮的翼型决定着风轮的气动参数。随着航空科学的发展，世界各主要航空发达的国家建立了各种翼型系列，美国有NACA系列，德国有DU系列，英国有RAE系列等。这些翼型的资料包括几 何特性和气动特性，可供气动设计人员选取合适的翼型。 而在现有的 翼型资料中，NACA翼型系列的资料比较丰富，飞行器上采用这一系 列的翼型也比较多。本文就是在 NACA4412翼型的基础上进行风力机 设计的。二、设计流程风轮设计主要确定如下关键参数有：风轮直径、叶片数、叶尖速 比、叶片翼型、叶素弦长、叶素安装角等。本文对翼型为NACA4412的风力机叶片进行外形设计，其给定的参

3、数为：风力机的输出功率 P=6.7kW设计风速=7 m/s,风轮转速72rpm,风力机功率系数 Cp =0.43，空气密度为1.225kg/m3，叶片数为3。根据相关参数求得叶 片的直径，然后通过读取翼型的相关数据确定最佳攻角，以及其所在位置处的最佳升力系数，最佳阻力系数和最佳升阻比，利用叶素理论。 动量理论和贝茨理计算叶片各个部位的相关参数 (各个部分的周向诱 导因子、轴向诱导因子、叶尖速比，入流角，桨距角和攻角 )，并根 据相关的结果作出叶片弦长和扭角与取样位置的曲线， 进而得到整个 叶片的设计方案。已知最大设计输出功率Pu(W)和风力机前风速度确定情况下。则风轮直径D可按如下公式确定:式

4、中，p空气密度，取1.225kg / m3 P风力机功率，取6.7KW Cp风力机功率系数，取0.43 ; V来流速度，取7m/s。由风轮的转速n的公式：11 7rD即可得风轮叶尖处的叶尖速比或可根据下述公式求得:Z将叶片长度划分为10段，然后计算每一段的叶素的叶尖速比,一QxlO%J?刁Qx20%7?彳_0x3O%7?_ Qx40%80%QxS0%AOx 50%RQ x 60%7? 7_ Qx 70%A50% = 滋广* %广*lx9O%RV1后利用所给参数求得叶片的最佳弦长：z 9Cl Avr表查得最大升力系数对应的攻角为:-=8 即为翼型临界攻角根据相关关系式就可以通过迭代方法求得轴向诱

5、导因子a和周向诱导因子b,迭代步骤如下：假设a和b的初值，一般可取0;(1)计算入流角;.+(1aVi=arcta n-(1 +b 何(2) 计算扭角a =- B；(3) 根据翼型空气动力特性曲线得到叶素的升力系数Cl和阻力系数Cd;(4)计算叶素的法向力系数Cn和切向力系数CtCn 二 G cos Cd sinG = C, sin - Cd cos(5)计算a和b的新值Bccr =2 na _ 二 61 -a 4F si n2b _-Ct1 b 4F sin cos比较新计算的a和b值与上一次的a和b值，如果误差小于设定的误差值(一般可取0.001 ),则迭代终止；否则，再回到(2)继续迭代

6、。其中，F为普朗特叶尖损失修正因子，且2 arccos 兀expR - rrsin三、程序展示参数输入与数据读取0 NAM412#fitt-P口 NACM412#ftti-P请读取数据轴孵导因 ) 隹弦阳,力系数CD叶尖速比A升力系数CL最大升阻比(CL/CD)凤轮貢轻 皿厂：叶片扭角( )入秦角L )请读取数据请读取数摇返回修改读取数据绘制叶片弦长绘制扭角图 退出NACA4412MS 计请输入读取数据的文件名例如n.aca4412|参数计算结果界面-fi-655-4-3吕 T5 - 5293 . 0553 T.- 0503- 499404G6 -10. 716 - 05035 一. 4315

7、 Q38 -11B 3555 - 0562 -3512 ,0319 -11, 00 -.265 - 2G87 . 0212 一9. 2021 - 0685-1SS1 - 0277 -6- 7906 -.07426 一. 1Q91 Q2&4 T 1336 - 0795 02&4 , 025 -1,176 r 084S . 0504 . 023S 2-1176 - 0886-2 1409 - 0222 8 3468095-L.5 . 2125 0208 10. Z1C3 - 0977 -1 B 3038 ,018? 16,246-5 . 3762 . 018d 20. d457 - 104E0 ,

8、4439 a 010 2,6611 - 105S.5 5085 a 0177 ZS 728S - 10541阴49 90176 32b 05&6 -.105&1. 5 . 6173 . 0177 31. S757 - 1043,6734 a0178 37. 8315 一 日 7296 . Q1E 40 &333 - 囲5Q 0丄監 43.1538 -r5 . E356 .0187B2451035 102810211007.8847 a 0193 5. S39409915 . 9359 . 019S 47. 2S770978r 9S79 0203 4呂 665 - D9666 1. 0405 .

9、020S 50-0433 - 056L. OS47 . 0215 SO. 5120931_騷住攻角T )最佳升力系嫩竝隹瞪力寒数醍隹升阻吮匚确罢聲数；Z1Ml拠竽守网一叶尖罐氏A).O2QO渥冋格改谴瞋煞礬绘制叶斥豉桂绘樹1扭短禺j&出13. 9S绘图界面SESSS5SS臥 L 口 3 JI56 了 3 日丄1OO0QO0O0.599 7 .4966 .4221 .30S3 3232 .2SS9 O 261iP出四、总结与收获本次设计通过利用课本中的公式和参考老师以及学长的论文中公 式，得到了计算的结果，并进行绘图。但上述仅仅是对理想模型的设 计，还应根据相关的实际参数进行比较修改， 并利用风洞进行多次实 验，从而得到较优化的设计方案。在这次设计中，我收获很多，首先感谢老师这一学期的教育和帮 助，使我通过上课和实验获得了相关的理论知识， 然后通过自己的实 际行动，将所学的知识通过大作业的方式应用到实践中去。在设计的这几周里，我发现了自己的不足，没有将所学的知识系 统的理解，有的地方只是片面的了解，并不深入。通过这次设计，不 仅使我对课本中应用的公式更加了解，也使我对叶片的翼型有了更深 入地了解，为以后可能从事这一方面的工作打下基础。同时，通过此 次设计，使我将VB的知识重新复习了一