1 空氣動力學的基本知識
111 升力和阻力
物體在空氣中運動或者空氣流過物體時, 物體將受到空氣的作用力, 稱為空氣動力。通常空氣動力由兩部分組成: 一部分是由于氣流繞物體流動時, 在物體表面處的流動速度發(fā)生變化, 引起氣流壓力的變化, 即物體表面各處氣流的速度與壓力不同, 從而對物體產(chǎn)生合成的壓力; 另一部分是由于氣流繞物體流動時, 在物體附面層內(nèi)由于氣流粘性作用產(chǎn)生的摩擦力。將整個物體表面這些力合成起來便得到一個合力, 這個合力即為空氣動力。
風輪葉片是風力機最重要的部件之一。它的平面形狀與剖面幾何形狀和風力機空氣動力特性密切相關(guān), 特別是剖面幾何形狀即翼型氣動特性的好壞, 將直接影響風力機的風能利用系數(shù)。
氣流繞風輪葉片的流動比較復雜, 是一個空間的三元流動。當葉片長度與其翼型弦長之比(展弦比) 較大時, 可以忽略氣流的展向流動, 而把氣流繞葉片的流動簡化為繞許多段葉片元(即葉素) 的流動, 葉素之間互相沒有干涉。當每個葉素的展向長度趨向無窮小時, 葉素就成了翼型, 空氣繞葉素的流動就成了繞翼型的流動, 也就成了二元流動或平面流動。
圖221 示出空氣流過一塊平板的情形, 平板面與氣流方向形成一個夾角α, α稱為攻角。由于平板上方和下方的氣流速度不同(上方速度大于下方速度) ,因此平板上、下方所受的壓力也不同(下方壓力大于上方壓力) , 總的合力F 即為平板在流動空氣中所受到的空氣動力, 其方向垂直于板面。此力可分解為兩個分力: 一個分力Fy 與氣流方向垂直, 它使平板上升, 稱為升力; 另一個分力Fx 與氣流方向相同, 稱為阻力。升力和阻力與葉片在氣流方向的投影面積S 、空氣密度ρ及氣流速度V 的平方成比例, 可以下式表示: