NACA0012翼型的截面与升力阻力曲线图 |
NACA0012翼型是垂直轴风力机的优选翼型，这里根据美国网站提供的技术资料绘制了翼型截面图与升力曲线图，还有根据技术书籍描绘的升力阻力曲线图，供大家参考。 |
NACA0012翼型的截面图 |
由于NACA0012是对称翼型，在下图左侧数据表中仅列出了单边的数据，表中c是弦长（弦长为1.00）；x是弦长坐标（单位是x/c）；y是对应x位置的翼面与弦的距离（单位是y/c）。 |
图1 NACA0012翼型数据与截面图 |
NACA0012翼型的升力曲线图 |
图2是根据美国的技术资料数据绘制的NACA0012翼型的升力曲线图，在这张图中有多根升力曲线，显示了当雷诺数不同时翼型的最大升力系数与失速攻角都有较大的变化。 |
图2 NACA0012翼型升力系数曲线图 |
NACA0012翼型的大攻角升力、阻力曲线图 |
| 图3是根据“21世纪能源与动力工程类创新型应用人才培养规划教材“风力机空气动力学”” 一书图7.29描绘的NACA0012翼型的大攻角升力、阻力曲线图，供大家参考。 |
图3 NACA0012翼型全攻角升力、阻力曲线图 |
该图显示了翼型攻角从-5度到180度的升力与阻力系数的变化，攻角在0度至10度升力系数随攻角增大而增大，阻力系数很小；超过12度时升力系数下降，阻力系数上升；攻角到40度后升力与阻力系数先是相同，然后阻力系数继续上升，升力系数下降。 |
| NACA0012翼型的升/阻比变化曲线 |
| 在图4中显示了翼型的升力与阻力随攻角的变化曲线，在实际应用中更关心的是在正常工作时的阻力情况，图4是根据“风能技术”（美Tony Burton，武鑫译）一书图3.100描绘，图中显示了NACA0012翼型在不同攻角时的升力/阻力系数比变化曲线。 |
图4 NACA0012翼型升/阻比变化曲线 |
可见在失速前有最大的升力/阻力系数比值，升力约为阻力的50多倍。当然这是一个光滑的翼型在较高雷诺数时的状态，多数情况会比该比值低一些。 |
| NACA0012翼型的动态失速 |
以上介绍的几种特性是所谓静态曲线，也就是说，气流是平稳的，翼型攻角变化是缓慢的。如果气流有湍流、涡流，翼型攻角变化快，特别是翼型攻角快速反复变化，情况就复杂多了，此时翼型的失速角会增大，当翼型攻角增大进入失速后攻角再减小时，升力系数曲线不会沿原来曲线返回，而是沿另一条系数较小的曲线返回。图5是NACA0012翼型在动态失速时的升力系数曲线图，左图是发生轻失速时的状态，翼型攻角大于14度后升力系数下降，当翼型攻角减小时，升力系数曲线沿下面的线返回，该图就是翼型攻角在5度至15度范围反复变化的升力系数循环曲线。 图5右图显示的是深失速时的状态，失速角大至24度，升力系数曲线一直上升，到24度才下降，并沿较低的系数线返回，该图就是翼型攻角在5度至25度范围反复变化的升力系数循环曲线。注意：这些曲线仅显示在攻角反复变化范围的循环曲线，并没有表现攻角从0开始的曲线。 |
图5 NACA0012翼型动态失速时的升力系数曲线图 |
图5的曲线仅作参考，动态失速产生原因很复杂，随不同的风速、雷诺数等的变化而变化，而且与翼型攻角变化的范围也有关系，例如攻角上升到16度返回，到8度又上升，其循环曲线又不同了。对动态失速有兴趣的网友可查阅有关文献资料。 升力型垂直轴风力机叶片攻角变化频繁，变化角度大，叶片在上风面产生的涡流会严重影响下风面叶片的正常运行，叶片经常会进入动态失速状态。水平轴风力机在风速突变、湍流，特别是叶片发生振荡时都会有动态失速出现，所以分析风力机运行状态时要考虑叶片动态失速的影响，设计良好的风力机可以在发生动态失速时充分利用产生的大升力来提高风能利用率。 |
| 附:叶片雷诺数计算示例 |
从图2看到翼型的升力曲线受雷诺数影响较大，下面给出了叶片雷诺数的简单计算方法。 叶片的雷诺数可直接用公式Re=（ρ/μ）（vl）， 将有关数据代入计算即可。 ρ与μ随气温气压变化较大，但在固定的环境里气压变化较小、气温变化较大，我们选在标准大气压下，气温为0度、10度、20度、30度四种情况来计算。通过查阅相关手册，计算ρ/μ的数值：算得： |
0度时ρ/μ=75187 10度时ρ/μ=70077 20度时ρ/μ=66186 30度时ρ/μ=48193 如果叶片宽度为1m，叶片与空气的相对速度为30m，代入Re=ρ/μ（vl）计算得： 0度时Re=2255610 10度时Re=2102310 20度时Re=1985580 30度时Re=1445790 如果叶片宽度为0.2m，叶片与空气的相对速度为10m，代入Re=ρ/μ（vl）计算得： 0度时Re=150374 10度时Re=140154 20度时Re=132372 30度时Re=96386 |
图2的翼型的升力曲线图未提供雷诺数在160000以下的数据，可能原数据主要围绕飞行器使用，没有较小翼型低速运行时的数据。上述0.2m宽翼型、10m/s速度的雷诺数均小于160000，在该图上就没有了。 由于许多翼型的雷诺数在低于60000后，升力明显下降，建议叶片宽度应在0.1m以上，较宽的翼型才能有较高的运行效率，翼型的雷诺数能在1000000以上是比较理想的状态。 以上计算结果是表面光滑的叶片，如果叶片表面粗糙或有粘覆物雷诺数与计算结果会有差别。 |
