التقنية / دليل فني
الرفع والمقاومة ومعاملات المقطع لريش توربينات الرياح
يحلّل الرفع والمقاومة القوة الهوائية بالنسبة إلى التدفق المحلي، بينما يحلّلها دفع الدوّار والقوة المحركة في إحداثيات الدوّار. وهما تحليلان مختلفان للقوة نفسها؛ لذا لا يعادل الرفع وحده عزم العمود أو الخرج الكهربائي.
عرّف الاتجاهات والكميات المرجعية معًا.
يكتسب المعامل معناه من الكثافة والسرعة النسبية والمساحة وحالة التدفق المرتبطة به. وقد يغيّر تعديل المرجع القيمة العددية دون تغيير القوة.
01 / اتجاهات القوى
الرفع عمودي على اتجاه التدفق، والمقاومة على امتداده.
في وصف المقطع، تعمل المقاومة على امتداد اتجاه تدفق الهواء النسبي، ويكون الرفع عموديًا عليه في المستوى المختار.
في وصف المقطع، تعمل المقاومة على امتداد اتجاه تدفق الهواء النسبي، ويكون الرفع عموديًا عليه في المستوى المختار. وتعتمد إشارة الرفع على الاتجاه العرضي الموجب المحدد. وتتغير هذه الاتجاهات عند تغيّر اتجاه التدفق النسبي.
يستخدم شرح NASA للقوة الهوائية هذا التحليل القائم على التدفق. ولا ينبغي الخلط بينه وبين الرفع الرأسي في إحداثيات الأرض؛ إذ لا يلزم أن يصطف اتجاه رفع مقطع دوّار مع أي محور ثابت للموقع.
02 / المقياس المرجعي
تقسم المعاملات القوة على مقياس مذكور.
عرّف الضغط الديناميكي q = 0.5ρW².
عرّف الضغط الديناميكي q = 0.5ρW². ومع المساحة المرجعية A، تكون عبارتا قوة المقطع L = qACl و D = qACd. الكثافة بوحدة kg/m³ والسرعة النسبية بوحدة m/s والمساحة بوحدة m²، فتكون القوة بالنيوتن.
لمقطع ثنائي الأبعاد لكل وحدة امتداد، يستخدم المقياس المقابل الوتر c: وتكون L′ = qcCl و D′ = qcCd بوحدة N/m. ويستخدم شريط محدود عرضًا محددًا صراحةً؛ ولا يكون مرجعه تلقائيًا مساحة قرص الدوّار بأكمله.
03 / اختيار المساحة
تؤثر المساحة المرجعية في المعامل.
قسمة المقاومة المقاسة نفسها على مساحتين مرجعيتين مختلفتين تعطي قيمتين مختلفتين من Cd.
قسمة المقاومة المقاسة نفسها على مساحتين مرجعيتين مختلفتين تعطي قيمتين مختلفتين من Cd. وتؤكد NASA هذا الاعتماد على المساحة. لذا تتطلب مقارنة المعاملات تطابق الاصطلاحات، لا الحكم على الرقم الأصغر بأنه مقاومة فيزيائية أقل بطبيعتها.
كذلك، لا تتحقق L/D = Cl/Cd إلا عند استخدام المعاملين q و A نفسيهما. فنسبة مبنية على تعريفات غير متوافقة للمساحة أو السرعة لا تمثل نسبة القوى تلك.
04 / توضيح
يتطلب حساب القوة معاملات مفترضة.
اعتبر قيمة توضيحية لـ q مقدارها 240 Pa ومساحة مرجعية مقدارها 0.05 m².
اعتبر قيمة توضيحية لـ q مقدارها 240 Pa ومساحة مرجعية مقدارها 0.05 m². إذا كان Cl = 1.0 و Cd = 0.08، فإن L = 12 N و D = 0.96 N. والنسبة بينهما هي 12.5.
جميع المدخلات افتراضية. والنتيجة ليست قوة مقطع لـ MARSTON ولا منحنى قطبيًا مختبرًا. إنها توضح أثر المقاييس؛ وتظل المعاملات بحاجة إلى هندستها وزاويتها وعدد رينولدز وحالة السطح المنطبقة عليها.
05 / الإسقاط على الدوّار
المركّبة المناسبة وحدها هي التي تدفع الدوران.
تسهم مركّبة القوة المماسية في العزم حول محور الدوّار من خلال نصف قطر موضعها.
تسهم مركّبة القوة المماسية في العزم حول محور الدوّار من خلال نصف قطر موضعها. وتسهم مركّبته العمودية على مستوى الدوّار في تأثير مختلف. وقد يدخل كل من الرفع والمقاومة في هذه الإسقاطات بحسب اتجاه التدفق الداخل المحلي.
لا تعطي قيمة Cl كبيرة تلقائيًا عزم قيادة موجبًا كبيرًا. ويظل الاتجاه والمقاومة وحالة التشغيل مؤثرين. ويربط دليل BEM هذه القوى المحلية باتزان التدفق حول الدوّار.
06 / نطاق المعاملات
يصف المنحنى القطبي و Cp للدوّار مستويين مختلفين.
يربط المنحنى القطبي للمقطع المعاملات الهوائية بشروط مثل زاوية الهجوم.
يربط المنحنى القطبي للمقطع المعاملات الهوائية بشروط مثل زاوية الهجوم. أما Cp للدوّار فيصف القدرة ضمن النطاق المرجعي للدوّار. ولا ينبغي إحلال أحدهما محل الآخر لمجرد أن كليهما بلا أبعاد.
لا تُقدم هنا قيم فعلية لـ Cl أو Cd أو القوة أو منحنى معاملات يخص MARSTON. بل تشرح هذه العلاقات حساب التدفق المحلي دون إثبات أداء الآلة الكاملة.
تابع المراجعة مع التدفق النسبي وزاوية الهجوم لريش توربينات الرياح.
تابع المراجعة مع عدد رينولدز لريش توربينات الرياح الصغيرة وتشابه التدفق.
تابع المراجعة مع الانهيار الهوائي وانفصال التدفق في ريش توربينات الرياح.
تابع مراجعة بيانات المقطع مع المنحنيات القطبية للمقاطع الهوائية وشروط البيانات و انتقال الطبقة الحدية. ولمزيد من مصطلحات القوى والعزوم، راجع المقاومة المستحثة ومقاومة المقطع و العزم الهوائي وتغييرات المرجع.
معلومات عامة: NASA Glenn: اتجاهات قوتي الرفع والمقاومة · NASA Glenn: المقياس المشترك للمعاملات ونسبة القوى · NASA Glenn: اعتماد معامل المقاومة على المساحة المرجعية. تشرح هذه المراجع مفاهيم القطاع؛ وهي منفصلة عن وثائق منتجات MARSTON والمشروع المنطبقة.
المفاهيم والشروط الأساسية.
اقرأ كل كمية مع مرجعها ووحداتها وشروطها المذكورة. فالعلاقة العامة لا تحدد قيمة خاصة بطراز معين.
| المفهوم / الكمية | المعنى / العلاقة | الشروط / الحدود |
|---|---|---|
| q | 0.5ρW²، Pa | يستخدم مرجع السرعة النسبية للمقطع. |
| Cl | L/(qA)، بلا أبعاد | يجب تعريف الاتجاه الموجب والمساحة. |
| Cd | D/(qA)، بلا أبعاد | يغيّر تعديل A القيمة العددية للمعامل. |
| L′ و D′ | القوة لكل وحدة امتداد، N/m | استخدم الوتر بدلًا من مساحة القرص بأكمله. |
| مركّبات الدوّار | إسقاطات القوة العمودية والمماسية | تختلف محاورهما عن محورَي الرفع والمقاومة. |
أسئلة هندسية.
هل الرفع رأسي دائمًا؟
لا. اتجاهه عمودي على التدفق المحلي المحدد في مستوى المقطع.
هل Cl للمقطع هو نفسه Cp للدوّار؟
لا. فهما يمثلان القوة والقدرة على مستويين مختلفين.
هل يمكن لقيمتين من Cd استخدام مساحتين مختلفتين؟
نعم؛ وعندها لا يمكن مقارنتهما ككميتين لهما المرجع نفسه.
متى يساوي Cl/Cd النسبة L/D؟
عندما يشترك المعاملان في الضغط الديناميكي والمساحة المرجعية نفسيهما.
هل يولد الرفع كله عزم دوران للدوّار؟
الإسقاط المماسي المعني وحده يسهم في العزم حول ذلك المحور.
هل 12 N و0.96 N قوتان فعليتان؟
لا. إنها نتائج لمدخلات مختلقة.
استفسار فني
ناقش السؤال الفني.
يحلّل الرفع والمقاومة القوة الهوائية بالنسبة إلى التدفق المحلي. شارك الطراز ومعلومات التشغيل أو التصميم المنطبقة لإجراء مناقشة هندسية.