非对称翼型

对于固定翼的飞机，当它在空气中以一定的速度飞行时，根据相对运动的原理，机翼相对于空气的运动可以看作是机翼不动，而空气气流以一定的速度流过机翼。空气的流动在日常生活中是看不见的，但低速气流的流动却与水流有较大的相似性。日常的生活经验告诉我们，当水流以一个相对稳定的流量流过河床时，在河面较宽的地方流速慢，在河面较窄的地方流速快。流过机翼的气流与河床中的流水类似，由于机翼一般是不对称的，上表面比较凸，而下表面比较平，流过机翼上表面的气流就类似于较窄地方的流水，流速较快，而流过机翼下表面的气流正好相反，类似于较宽地方的流水，流速较上表面的气流慢。根据流体力学的基本原理，流动慢的大气压强较大，而流动快的大气压强较小，这样机翼下表面的压强就比上表面的压强高，换一句话说，就是大气施加于机翼下表面的压力(方向向上)比施加于机翼上表面的压力(方向向下)大，二者的压力差便形成了飞机的升力。

当飞机的机翼为对称形状，气流沿着机翼对称轴流动时，由于机翼两个表面的形状一样，因而气流速度一样，所产生的压力也一样，此时机翼不产生升力。但是当对称机翼以一定的倾斜角（称为攻角或迎角）在空气中运动时，就会出现与非对称机翼类似的流动现象，使得上下表面的压力不一致，从而也会产生升力。^[1]

风能是无污染的清洁能源，是技术最成熟、最有开发利用前景的可再生能源。相对于水平轴风力机，垂直轴风力机可接受任何方向的来风，不需迎风转向机构，而且简单不扭曲的叶片加工简单，成本低廉。因此垂直轴风力机已成为国内外学者研究的热点。

垂直轴风力机叶片在一周的旋转中攻角随时变化，时正时负，时大时小，具体取决于尖速比的大小； 因此，升力型垂直轴风力机的翼型至今仍以对称翼型为主( 如NACA0012、NACA0015、NACA0018等) ，但这种传统的翼型适用于高速运行的风力机，却并不能很好地满足风力机低速运行的工作条件，且有不能“自启动”的固有缺点。多年来人们探索解决这一问题的重要措施主要是采用变桨距叶片技术和有弯度的翼型； 变桨距技术结构过于复杂，一般不宜采用，而非对称翼型则是更合适的选择。Islam M等提出用于小功率垂直轴风力机的带弯度、非对称翼型，并对其气动性能展开系统研究。申振华等研究发现，增加翼型弯度能明显提高水平轴风力机的功率系数。

人们对各种非对称翼型和部分对称翼型的风力机进行了一系列对比计算，例如Islam M等将非对称翼型NACA4415、NASA LS-0417、NASA NLF-0416、S1210、GOE420等与对称翼型NACA0015在多个风速、多个雷诺数工况下进行对比研究，发现在所有工况下，除风力机自启动能力有所改善外，非对称翼型风力机的总体性能弱于对称翼型。非对称翼型比对称翼型拥有更高的升阻比，但装有非对称翼型的H型风力机的性能反而更差，这可能与翼型安装方式有关。 有关非对称翼型安装方式的讨论，早在文献中已提出，只是之后没有更深入的研究和应用。

相关研究以DU06-W-200非对称翼型直叶片垂直轴风力机为研究对象，在风洞中对风力机模型进行一系列性能对比实验，研究叶片在正装和反装两种安装方式下，不同安装角、不同风速条件下的风力机气动性能。实验结果表明： 对于非对称翼型，采用反装安装方式时风力机性能更好; 且存在一个最佳安装角，使翼型反装时性能更好； 安装角为4°时，风速为8m/s时反装状态功率系数比正装状态高出22%，风速为9m/s时则高出24% 。