专利名称：一组风扇用变曲率弧形等厚板翼型的制作方法
技术领域：
本发明涉及一组高性能的风扇用等厚板翼型，具体涉及八个针对低转速风扇工作雷诺数低(一般小于IO6)的特殊工况而设计的变曲率弧形等厚板翼型。
背景技术：
随着工业技术的发展，低转速风扇在居民生活与工业生产中的应用越来越广泛，如家用电风扇、通风换气扇、冷却风扇等。然而传统的低转速风扇的叶片翼型已经越来越不适应现在追求高效率、节能以及低噪音的要求。风扇叶片是决定风扇性能的主要部件，而叶片的剖面形状(翼型)又是决定风扇叶片性能的关键。现有资料文献中已有多种翼型，其中最先进的翼型莫过于航空工业中使用的飞机机翼翼型，其它工业领域一般采用现有的航空翼型，而对翼型的研究投入很少。但由于使用条件的差异，主要是雷诺数等方面的差异(航空用翼型工作雷诺数一般大于IO6)，故采用现有航空翼型做风扇叶片剖面形状，并不能充分发挥翼型最佳作用，同时由于加工成本高等原因，航空翼型在小尺寸低转速风扇叶片上的应用并不广泛。对电风扇、空调用冷却风扇等小尺寸低转速风扇，为了简化制造加工工艺，降低生产成本，往往采用等厚板翼型。传统的风扇设计资料中的等厚板翼型可设计为单圆弧、双圆弧以及抛物线形状，但可供查用的只有单圆弧翼型性能曲线，所以实际设计中只能选用单圆弧等厚板翼型，采用其它形式等厚板翼型则无据可查，这也导致了目前的小尺寸低转速风扇所使用的等厚板翼型与实际工况匹配性不好，限制了风扇效率的提高，一定程度上造成了资源的浪费。
发明内容
本发明针对现有的低转速风扇叶片所使用的等厚板翼型与实际工况匹配性不佳的情况，提供一组高性能的风扇用变 曲率弧形等厚板翼型，能够很好的匹配低转速风扇工作雷诺数小的特殊工况，并且在应用到风扇叶片上以后，能够显著地提高风扇效率，降低风
扇噪声。为实现以上技术目的，本发明采用以下技术方案:本发明从机翼翼型研究出发，开发高性能等厚板翼型。首先结合低转速风扇的使用工况，采用航空工业的气动分析技术，设计出与风扇实际工况匹配良好的高性能的风扇专用翼型(非等厚板翼型)。由于翼型的主要性能很大程度上取决于其中弧线的形状，尤其是低速翼型，因此通过进一步研究已设计的高性能风扇专用翼型的中弧线的规律特性，并经过理论分析、数值模拟、实验验证以及风扇实际应用，将前述与实际工况匹配性良好的高性能风扇专用翼型简化为成本低、易于加工的高性能等厚板翼型，这种等厚板翼型不是简单的单圆弧或双圆弧，而是由离散点确定的变曲率曲线，称之为变曲率弧型等厚板翼型。基于上述的设计方法，本发明提供一组高性能的风扇专用变曲率弧形等厚板翼型，具体涉及八个等厚板翼型，分别命名为VACA3409、VACA3408、VACA5307、VACA5306、VACA4906、VACA4706、VACA4206、VACA4307,具体说明如下:
VACA3409:翼型的最大弯度f与弦长C之比f/C = 8.60%，最大弯度位置为Xf/C=34.1 %,定乂弦长为100时,翼型中弧线的方程为y(x) = 6.451044X 1(Γ5+0.037449.χα5+0.567658 *xLO+0.055890.χ15_0.039999.χ2.°+0.005106.χ2.5-0.000309.χ3.°+8.673023X IO-6.χ3.5_1.270182X IO-8.χ4.0 ；VACA3408:翼型的最大弯度f与弦长C之比f/C = 7.62%，最大弯度位置为Xf/C=34.3%,定乂弦长为100时,翼型中弧线的方程为y(x) =0.002214+1.028347.χ°.5_1.510615.Xi c^l.679717.χ15_0.742846.χ2.0+0.185627.χ2.5-0.028415.χ3.°+0.002613.χ3.5_0.000132.χ4.°+2.817704Χ 10_6.χ4.5 ；VACA5307:翼型的最大弯度f与弦长C之比f/C = 6.82%，最大弯度位置为Xf/C=52.5%，定义弦长为100时，翼型中弧线的方程为y(x) =-8.947625X 10_5+0.135277.χα5+0.019985 *xLO+0.132302.χ15_0.044133.χ2.°+0.007881.χ2.5-0.000848.χ3.°+4.733366X IO-5.χ3.5_1.074541.χ4.0 ；VACA5306:翼型的最大弯度f与弦长C之比f/C = 6.34%，最大弯度位置为Xf/C=53.0%，定义弦长为100时，翼型中弧线的方程为y(x) =0.004442-1.821187.χ0.5+3.660778 *xL0-2.653587.χ15+1.090799.χ2 0_0.264840.χ2.5+0.038999.χ3.°-0.003426.χ3.5+0.000165.χ4.°-3.326018.χ4.5 ；VACA4906:翼型的最大弯度f与弦长C之比f/C = 5.83%，最大弯度位置为Xf/C=49.5%,定乂弦长为100时,翼型中弧线的方程为y(x) =0.000263-0.545654.χ0.5+1.182102.Xi c1-0.640250.χ15+0.218083.χ2 0_0.042276.χ2 5+0.004570.X3 0-0.·000261.χ3 5+6.099216 X IO-6.χ4 0_1.410729 X IO-10.χ4.5 ;VACA4706:翼型的最大弯度f与弦长C之比f/C = 5.59%，最大弯度位置为Xf/C=46.7%,定乂弦长为100时,翼型中弧线的方程为y(x) =0.000137+0.087579.χα5+0.119931.χ10+0.081626.χ15_0.026752.χ2.0+0.003478.χ2.5-0.000249.χ3.°+7.656884X 10_6.χ3.5_2.277651 X 10_8.χ4.0 ;VACA4206:翼型的最大弯度f与弦长C之比f/C = 6.15%，最大弯度位置为Xf/C=41.9%,定乂弦长为100时,翼型中弧线的方程为y(x) = 3.029194X 1(Γ5_0.014874.χα5+0.349937.χ10_0.013222.χ15_0.000213.χ
20-0.001292.χ2.5+0.000241.χ3.°-2.212214.χ3.5+1.160781 X 10_6.χ4.°-2.573264X IO-8.χ4.5 ；VACA4307:翼型的最大弯度f与弦长C之比f/C = 7.08%，最大弯度位置为Xf/C=42.8%,定乂弦长为100时,翼型中弧线的方程为y(x) =-0.000168+0.366038.χ10_0.005591.χ2.0+2.362125X IO-5.χ3.0_7.701702Χ10_8.χ4.°+4.735015X10,.x5 CI_l.349356X IO-12.χ6.0 ；其中Xf为翼型最大弯度处的横坐标值，定义翼型所在坐标系的原点为翼型的前缘点，X轴与弦线重合，方向由翼型前缘指向翼型后缘，Y轴垂直于X轴指向翼型中弧线弯曲的方向。根据以上的技术方案，可实现以下有益效果:本发明所述高性能风扇专用变曲率弧形等厚板翼型，由于在设计时应用了航空技术中先进的气动分析技术，同时考虑了低转速风扇工作雷诺数小(一般小于IO6)的特殊工况，故与原有的简单等厚板翼型风扇相比，应用本发明所述变曲率弧形等厚板翼型的风扇与实际工况的匹配性更优，在相同的使用条件下，应用本发明所述的变曲率弧形等厚板翼型的风扇风量更大，噪音更低，能效值(能效值=风量/功率)更高，最大风速值更高并且风速均匀。
图1是变曲率弧形等厚板翼型示意图；图2是平面直角坐标系下VACA3409翼型的中弧线；图3是平面直角坐标系下VACA3408翼型的中弧线；图4是平面直角坐标系下VACA5307翼型的中弧线；图5是平面直角坐标系下VACA5306翼型的中弧线；图6是平面直角坐标系下VACA4906翼型的中弧线；图7是平面直角坐标系下VACA4706翼型的中弧线；图8是平面 直角坐标系下VACA4206翼型的中弧线；图9是平面直角坐标系下VACA4307翼型的中弧线；图中，I为翼型前缘，2翼型上表面，3为翼型中弧线，4为翼型下表面，5为翼型弦线，6为翼型后缘，f为翼型最大弯度，Xf为翼型最大弯度处的横坐标值，C为弦长。
具体实施例方式附图非限制性的公开了本发明的一种实施方式，以下将结合附图详细说明本发明的技术方案。本发明所述的一组高性能风扇用变曲率弧形等厚板翼型，其设计原理是:首先结合低转速风扇的使用工况，采用航空工业的气动分析技术，设计出与风扇实际工况匹配良好的高性能的风扇专用翼型。由于翼型的主要性能很大程度上取决于其中弧线的形状，尤其是低速翼型，因此通过进一步研究已设计的高性能风扇专用翼型的中弧线的规律特性，并经过理论分析、数值模拟、实验验证以及风扇设计实践验证，将前述与实际工况匹配性良好的高性能风扇专用翼型简化成了成本低、易于加工的高性能变曲率弧形等厚板翼型，参见图1。根据上述设计原理，本发明具体提供了八个高性能风扇专用变曲率弧形等厚板翼型，分别命名为 VACA3409、VACA3408、VACA5307、VACA5306、VACA4906、VACA4706、VACA4206、VACA4307，对于各翼型的具体说明如下:VACA3409:翼型的最大弯度f与弦长C之比f/C = 8.60%，最大弯度位置为Xf/C=34.1%，参见图2，定义弦长为100时，翼型中弧线的方程为y(x) = 6.451044X 1(Γ5+0.037449.χα5+0.567658 *xLO+0.055890.χ15_0.039999.χ2.°+0.005106.χ2.5-0.000309.χ3.°+8.673023X IO-6.χ3.5_1.270182X IO-8.χ4.0 ；VACA3408:翼型的最大弯度f与弦长C之比f/C = 7.62%，最大弯度位置为Xf/C=34.3%，参见图3，定义弦长为100时，翼型中弧线的方程为y(x) =0.002214+1.028347.χ°.5_1.510615.Xi c^l.679717.χ15_0.742846.χ2.0+0.185627.χ2.5-0.028415.χ3.°+0.002613.χ3.5_0.000132.χ4.°+2.817704Χ 10_6.χ4.5 ；VACA5307:翼型的最大弯度f与弦长C之比f/C = 6.82%，最大弯度位置为Xf/C=52.5%，参见图4，定义弦长为100时，翼型中弧线的方程为y(x) =-8.947625X 10_5+0.135277.χα5+0.019985 *xLO+0.132302.χ15_0.044133.χ2.°+0.007881.χ2.5-0.000848.χ3.°+4.733366X IO-5.χ3.5_1.074541.χ4.0 ；VACA5306:翼型的最大弯度f与弦长C之比f/C = 6.34%，最大弯度位置为Xf/C=53.0%，参见图5，定义弦长为100时，翼型中弧线的方程为y(x) =0.004442-1.821187.χ0.5+3.660778 *xL0-2.653587.χ15+1.090799.χ2 0_0.264840.χ2.5+0.038999.χ3.°-0.003426.χ3.5+0.000165.χ4.°-3.326018.χ4.5 ；VACA4906:翼型的最大弯度f与弦长C之比f/C = 5.83%，最大弯度位置为Xf/C=49.5%，参见图6，定乂弦长为100时，翼型中弧线的方程为y(x) =0.000263-0.545654.χ0.5+1.182102 *xLO-0.640250.χ15+0.218083.χ2 0_0.042276.χ2 5+0.004570.X3 0-0.000261.χ3 5+6.099216 X IO-6.χ4 0_1.410729 X IO-10.χ4.5 ;VACA4706:翼型的最大弯度f与弦长C之比f/C = 5.59%，最大弯度位置为Xf/C=46.7%，参见图7，定义弦长为100时，翼型中弧线的方程为y(x) =0.000137+0.087579.χα5+0.119931.χ10+0.081626.χ15_0.026752.χ2.0+0.003478.χ2.5-0.000249.χ3.°+7.656884X 10_6.χ3.5_2.277651 X 10_8.χ4.0 ;VACA4206:翼型的最大弯度f与弦长C之比f/C = 6.15%，最大弯度位置为Xf/C=41.9%，参见图8，定乂弦长为100时，翼型中弧线的方程为
y(x) = 3.029194X 1(Γ5_0.014874.χα5+0.349937.Xi c1-0.013222.χ15_0.000213.χ2 0-0.001292.χ2.5+0.000241.χ3.°-2.212214.χ3.5+1.160781 X 10_6.χ4.°-2.573264X IO-8.χ4.5 ；VACA4307:翼型的最大弯度f与弦长C之比f/C = 7.08%，最大弯度位置为Xf/C=42.8%，参见图9，定乂弦长为100时，翼型中弧线的方程为y(x) =-0.000168+0.366038 *xLO-0.005591.χ2.°+2.362125X IO-5.χ3.°-7.701702Χ10_8.χ4.°+4.735015X10,.x5 CI_l.349356X IO-12.χ6.0 ；其中Xf为翼型最大弯度处的横坐标值，定义翼型所在坐标系的原点为翼型的前缘1，X轴与弦线5重合，方向由翼型前缘I指向翼型后缘6，Y轴垂直于X轴指向翼型中弧线3弯曲的方向。上述翼型的弦长为100时，各翼型的中弧线坐标值满足下表:
权利要求
1.一组高性能风扇专用变曲率弧形等厚板翼型，具体涉及八个等厚板翼型，对于此八个翼型的命名分别为 VACA3409、VACA3408、VACA5307、VACA5306、VACA4906、VACA4706、VACA4206、VACA4307，其特征是: VACA3409:翼型的最大弯度f与弦长C之比f/C = 8.60%，最大弯度位置为Xf/C =34.1 %，定乂弦长为100时，翼型中弧线的方程为y (X) = 6.451044X 1(Γ5+0.037449.χα5+0.567658 *xLO+0.055890.χ15_0.039999.χ2 0+0.005106.χ2.5-0.000309.χ3.°+8.673023 X 10_6.χ3.5_1.270182 X 10_8.χ4.0 ; VACA3408:翼型的最大弯度f与弦长C之比f/C = 7.62%，最大弯度位置为Xf/C =34.3%,定乂弦长为100时,翼型中弧线的方程为y(x) =0.002214+1.028347.χ°.5-1.510615 *xL0+l.679717.χ15_0.742846.χ2.0+0.185627.χ2.5-0.028415.χ3.°+0.002613.χ3.5_0.000132.χ4.°+2.817704Χ 10_6.χ4.5 ； VACA5307:翼型的最大弯度f与弦长C之比f/C = 6.82%，最大弯度位置为Xf/C =52.5%，定义弦长为100时，翼型中弧线的方程为y(x) =-8.947625 X 10_5+0.135277.χ0.5+0.019985 *xLO+0.132302.χ15_0.044133.χ2.0+0.007881.χ2.5-0.000848.χ3.°+4.733366X 10_5.χ3.5_1.074541.χ4.0 ; VACA5306:翼型的最大弯度f与弦长C之比f/C = 6.34%，最大弯度位置为Xf/C =53.0%，定义弦长为100时，翼型中弧线的方程为y(x) =0.004442-1.821187.χα5+3.660778 *xL0-2.653587.χ15+1.090799.χ2 0-0.264840.χ2 5+0.038999.X3 0-0.003426.χ3 5+0.000165.χ4 0_3.326018.χ4.5 ； VACA4906:翼型的最大弯度f与弦长C之比f/C = 5.83%，最大弯度位置为Xf/C =49.5%,定乂弦长为100时,翼型中弧线的方程为y(x) =0.000263-0.545654.χα5+1.182102 *xLO-0.640250 *xL5+0.218083.χ2 0-0.042276.x2 5+0.004570.X3 0-0.000261.x3 5+6.099216X IO-6.χ4 0_1.410729X IO-10.χ4.5 ; VACA4706:翼型的最大弯度f与弦长C之比f/C = 5.59%，最大弯度位置为Xf/C =46.7%,定乂弦长为100时,翼型中弧线的方程为y(x) =0.000137+0.087579.χα5+0.119931 *xLO+0.081626 *xL5-0.026752.χ2.°+0.003478.χ2.5-0.000249.χ3.°+7.656884X 10_6.χ3.5_2.277651 X 10_8.χ4.0 ; VACA4206:翼型的最大弯度f与弦长C之比f/c = 6.15%，最大弯度位置为Xf/C =41.9%,定乂弦长为100时,翼型中弧线的方程为y (χ) = 3.029194X 10_5-0.014874.χα5+0.349937.Xi c1-0.013222.χ15_0.000213.χ2 0_0.001292.x2 5+0.000241.x3 CI_2.212214.x3 5+l.160781 X IO-6.x4 ci_2.573264 X IO-8.x4.5 ;VACA4307:翼型的最大弯度f与弦长C之比f/C = 7.08%，最大弯度位置为Xf/C =42.8%,定乂弦长为100时,翼型中弧线的方程为 y (χ) = -0.000168+0.366038.Xi c1-0.005591.χ2.0+2.362125X IO-5.χ3.0_7.701702X IO-8 χ4.°+4.735015X IO-10.χ5.°-1.349356X IO-12.χ6.0 ； 其中Xf为翼型最大弯度处的横坐标值，定义翼型所在坐标系的原点为翼型的前缘点，X轴与弦线重合，方向由翼型前缘指向翼型后缘，Y轴垂直于X轴并指向翼型中弧线弯曲的方向。
2.根据权利要求1所述的一组高性能风扇专用变曲率弧形等厚板翼型，其特征是:所述翼型的弦长均为100，则各翼型的中弧线所对应的坐标值满足下表:
全文摘要
本发明涉及一组风扇用变曲率弧形等厚板翼型，具体是应用航空技术中先进的气动分析技术并针对小尺寸低转速风扇低雷诺数(一般小于106)的实际工况设计的八个高性能等厚板翼型，本发明公开了该组翼型的最大弯度及其位置，f为最大弯度，Xf为翼型最大弯度处的横坐标值，C为弦长，定义翼型所在坐标系的原点为翼型中弧线前缘点，X轴与弦线重合，方向由翼型前缘指向翼型后缘，Y轴垂直于X轴指向翼型中弧线弯曲的方向。在相同的工作条件下，与传统的简单等厚板翼型风扇相比，采用本发明所述的变曲率弧形等厚板翼型的风扇与实际工况的匹配性更好，风扇风量更大，噪音更低，能效值(能效值＝风量/功率)更高，最大风速值更高并且风速均匀。
文档编号F04D29/38GK103256251SQ20121003840
公开日2013年8月21日 申请日期2012年2月20日 优先权日2012年2月20日
发明者张胜利, 李华星, 杨远志 申请人:张胜利, 李华星, 杨远志