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轴流风机的失速是怎么产生的

发布时间:2025-02-06 22:17:00

轴流风机在攻角超过一定阈值后,举力系数会随着攻角的增加而减小。这种情况在飞行器中表现为失控的俯冲颠簸,发动机振动以及飞行员操作异常。在攻角相对较小的时候,机翼的举力系数CL会随着攻角a的增加而呈线性增长,此时机翼上的边界层没有明显分离。

然而,当攻角增加到一定程度时,机翼上翼面会出现较大面积的分离区域(图1),举力系数CL的增长幅度开始减缓。当攻角达到某个临界值时,举力系数达到最大值CLmax。进一步增加攻角,上翼面气流出现严重分离,举力系数不仅不会增加,反而开始下降(图2)。机翼在CLmax附近的性能被称为失速性能。机翼的失速性能受到翼型、机翼平面形状等因素的影响。

研究表明,翼型的失速形式主要有三种:后缘分离、前缘长气泡分离和前缘短气泡分离。一般来说,对于较厚的翼型(如厚度超过12%),气流从后缘开始分离(图1a)。随着攻角的增加,分离区域逐渐向前扩展,在CLmax附近,CL随a的变化较为平缓(图2中的曲线a)。

对于前缘半径很小的薄翼型,在攻角不大的时候,在翼型前缘会形成分离气泡(图1b)。根据翼型和雷诺数的不同,前缘气泡可以是长泡或短泡。长泡仅在非常薄的翼型上出现,在雷诺数很高的情况下几乎不会发生短泡分离。长泡开始时占据弦长的2~3%,随着攻角增加,逐渐拉长,失速时CL随a的变化较为平缓(图2中的曲线b)。短泡长度约为弦长的0.5~1%,初期随着攻角增加而减小,对举力影响不大。当攻角超过临界值时,短泡突然破裂,机翼的举力系数CL突然下降(图2中的曲线c)。

机翼的失速性能不仅与翼型相关,还与机翼平面形状紧密相连。矩形机翼在翼身连接处的根部首先失速,梯形机翼在翼梢失速,后掠机翼同样在翼梢失速。这些不同的失速性能对飞机设计有着重要影响。

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