CFD学习：薄翼型理论概述

关键要点

• 什么是薄翼理论？

• 为什么使用薄翼型分析？

• 如何应用薄翼型分析？

机翼流动的空气动力学

有很多工具可用于解决涉及流体力学的工程问题。有一个通用的Navier-Stokes 方程，用于研究通过管道的石油和天然气以及热力学、流体动力学和空气动力学中的流体流动。在研究机翼周围的气流时，可以使用多种方法，具体取决于气流是可压缩的、不可压缩的和/或无粘性的。如果需要一个简单的解决方案并且高度几乎可以忽略不计，请考虑使用薄翼型理论。

什么是薄翼型理论？

机翼，也称为机翼，有多种形状和尺寸。它们可以是对称的，其中上部和下部的大小和形状相同。然而，弧形翼型最常使用，因为它们由于上部比下部更凸而产生更大的升力。分析机翼上的流体流动可能很复杂且计算量大。然而，如果可以假设翼型厚度无穷小且翼展非常长——无限长——那么不可压缩的无粘流可以使用薄翼型理论进行分析，定义如下。

显然，没有翼展是无限长的，也没有翼型厚度为零，但确实存在这些假设有用的情况；特别是在研究对飞行至关重要的  升力时。

为什么使用薄翼型分析？

研究空气动力学的目的是了解固体物体如何在空气中移动或物体周围的空气流动如何影响其运动。进行分析的目的是最大限度地提高物体（飞机、直升机等）在空中高效安全移动的能力。只有了解物体表面（包括机翼）上方和周围的气流行为，并将这些结果应用于设计决策（例如使用什么材料、机翼形状应该是什么以及要实施的控制技术），才能实现这一目标 。

回答这些问题不是一个简单的命题，因为有很多有影响的参数和分析方法。在这些参数中，升力是最重要的，因为它决定了飞机能否保持高度，并且受飞机弦线的迎角或方向影响很大，即入射空气的参考方向。连接这两种飞行特性的最简单方法是应用薄翼型理论。但是，必须满足下面列出的某些假设。

薄翼型理论适用性的假设

• 气流不可压缩

• 气流无粘性

• 机翼有无限长

• 机翼厚度为零

如果可以应用上述内容，则适用以下等式：

CL = _2𝝅𝞪

CL 是升力系数，𝞪 是攻角。这个简单的比例方程定义了攻角和升力之间的直接关系，是采用薄翼型理论的原因。薄翼型理论应用的假设消除了阻力的可能性，这是反对飞机向前运动的重要考虑因素。 

如何应用薄翼型分析？

通常，升力系数列表可用于不同的机翼形状和材料。这些列表可用于为您的设计选择机翼。此升力数据的准确性取决于您结合现实世界的考虑因素，例如升力引起的阻力的影响，它会随着迎角的增加而增加，直到达到临界角（对于大多数机翼而言在 15° 和 20° 之间）。超过这个角度，飞机就会失速。 

使用正确的升力系数公式也很重要。上面的等式适用于对称翼型。对于弧形机翼，应使用以下等式。

C L = 2𝝅((𝞪 - 𝞪 0 )( 180 / 𝝅 ))

在上面的等式中，𝞪 ₀是零升力的角度。 

薄翼型理论提供了一种为您的设计选择翼型的简单方法。然而，为了优化该技术的使用，您应该确保您确定升力系数的方法是准确的，这意味着使用其他流体力学分析方法来计算翼型边界处的气流参数。这最好通过部署 Cadence 的 CFD 求解器工具箱中提供的高级分析工具来完成。