CN103987618B - 流体控制设备 - Google Patents
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Abstract
流体控制设备(10)包括：将移动体(1)的本体的表面上的气流ST分离成边界层BL和主流MF的板部件(11)；和在板部件(11a)沿着气流流动方向的下游中将由板部件(11a)分离的边界层BL吹出到由板部件(11a)分离的主流MF中的吹出部分(13)。
Description
技术领域
本发明涉及一种流体控制设备。
背景技术
已经存在通过增加负升力(向下作用力)增强车身稳定性的技术。已知的是，通过增加在车身下面流动的空气的速度来增加负升力。然而，围绕车身表面形成并且其中流体的流动速度低的、称作“边界层”的层降低在车身下面流动的空气的速度并且因此降低负升力。相应地，在以下描述的PCT申请No.2009-504472(JP-A-2009-504472)的公开的日文翻译中披露的边界层抽吸系统通过抽吸地板表面周围的边界层而确保负升力。
然而，在以上JP-A-2009-504472中披露的边界层抽吸系统可以在某个程度上抽吸边界层并且由此减小边界层的比率；然而，它不能可靠地从车身表面上的气流的主流分离气流的边界层。此外，气流的主流重新附着到车身的表面，并且主流的一个部分可以由此改变为边界层。因此，主流被边界层减速，负升力降低，并且车身的稳定性可以因此被削弱。系统尺寸变大以完全地抽吸这种边界层。因此，该系统不能安装在车辆中。
发明内容
相应地，考虑到这种情况已经做出了本发明，并且本发明的一个目的在于提供一种流体控制设备，其能够防止在移动体的本体表面上的气流的主流的减速。
本发明的一个方面提供一种流体控制设备，包括：板部件，所述板部件将移动体的本体的表面上的气流分离成边界层和主流；和吹出部分，所述吹出部分在板部件的、沿着气流流动方向的下游将由板部件分离的边界层吹出到由板部件从边界层分离的主流中。
在该流体控制设备中，在移动体的本体的表面上，能够防止气流主流的减速，因此使得能够减小由于气流引起的阻力。例如，在车辆的下表面上，能够防止向下作用力的减小。
此外，在根据本发明的这个方面的流体控制设备中，板部件可以设置成距本体的表面一定间隔。在这种情形中，设置在本体的表面上的板部件能够以机械方式将在本体的表面上的气流的边界层和主流相互分离。
此外，根据本发明的这个方面的流体控制设备可以进一步包括改变被分离的边界层的流动方向的引导部分。吹出部分可以将其流动方向被引导部分改变的边界层吹出到被分离的主流中。而且，引导部分可以将被分离的边界层的流动方向改变为从本体的表面分离的方向。在这种情形中，其中仅仅设置引导部分的一种简单的构造允许防止被分离的主流重新附着到本体。
此外，根据本发明的这个方面的流体控制设备可以进一步包括压缩被分离的边界层的压缩部分。吹出部分可以将被压缩部分压缩的边界层吹出到被分离的主流中。在这种情形中，边界层被压缩，吹出的边界层的流体速率能够由此增加，并且能够进一步防止被分离的主流重新附着到本体。
根据本发明的该方面，能够防止在移动体的本体的表面上的气流主流的减速。
附图说明
将在下面参考附图描述本发明的示例性实施例的特征、优点以及技术和工业意义，其中类似的数字表示类似的元件，并且其中：
图1是其中安装根据第一实施例的流体控制设备的移动体的概略框图；
图2示意在图1的本体下面的气流；
图3示意在对照实例的本体下面的气流；并且
图4是其中安装根据第二实施例的流体控制设备的移动体的概略框图。
具体实施方式
将在下文中参考附图详细地描述根据本发明的流体控制设备的实施例。在附图的说明中，相同或者相应的部分由相同的数字和符号表示，并且将省略重复的说明。
图1是其中安装根据本发明第一实施例的流体控制设备的移动体的概略构造图表。如在图1中所示，流体控制设备10是安装在移动体1中的设备。流体控制设备10是用于将由于移动体1的运动而围绕移动体1产生的气流ST分离成气流ST的主流MF(在下文中简单地被称作“主流MF”)和气流ST的边界层BL(在下文中简单地被称作“边界层BL”)的设备。这里，主流MF是在气流ST中包含的空气流，其具有处于与移动体1的移动速度大致相同的速度的均匀流速。此外，边界层BL是在气流ST中包含的空气流，其围绕移动体1的表面形成并且具有比主流MF更低的流速。
流体控制设备10设置在移动体1诸如车辆的本体2的下表面3a(表面)上。此外，流体控制设备10包括边界层分离部分11和吹出部分13。在下文中给出的说明中，流体控制设备10的上下、前后和左右代表在其中本体2侧向上、道路表面R侧向下、行驶方向FW侧向前并且与行驶方向FW相对的一侧向后的情形中的方向。此外，主流MF和边界层BL的流速代表相对于移动体1的相对速度。
边界层分离部分11具有用于将气流ST分离成边界层BL和主流MF的结构。具体地，边界层分离部分11例如包括边界层分离板11a和一对支撑部件11b。边界层分离板11a是用于将气流ST分离成边界层BL和主流MF的板部件并且例如设置成距下表面3a规定间隔，从而边界层分离板11a围绕在下表面3a上的气流ST的边界层BL和主流MF之间的边界定位。此外，边界层分离板11a与下表面3a平行地设置。例如在左右方向上边界层分离板11a具有与下表面3a的宽度大致相同的宽度。另外，边界层分离板11a是沿着流体控制设备10的前后方向延伸的板部件。此外，边界层分离板11a具有如下的长度，该长度对应于在边界层分离板11a的前边缘处分离的主流MF重新附着到本体2的下表面3a(或者边界层分离板11a)的距离。这里，与下表面3a平行包括在边界层分离板11a能够以机械方式从主流MF分离边界层BL并且几乎不遭受由于气流ST引起的阻力的程度上基本与之平行。
支撑部件11b、11b是用于在下表面3a上安装边界层分离板11a的部件。支撑部件11b、11b沿着边界层分离板11a的前后方向将边界层分离板11a沿着左右方向的两端和下表面3a连接到一起。边界层分离板11a、支撑部件11b、11b和下表面3a形成管道D。边界层分离板11a的前端、支撑部件11b、11b的前端和下表面3a形成在流体控制设备10中向前打开的开口Din。开口Din是用于抽吸由边界层分离板11a分离的边界层BL的抽吸开口。管道D是用于将由边界层分离板11a分离的边界层BL输送到吹出部分13的导管。
吹出部分13是用于在边界层分离部分11的后部中将由边界层分离部分11分离的边界层BL吹出到由边界层分离部分11分离的主流MF中的部分。吹出部分13例如与边界层分离板11a平行地在边界层分离板11a的后端处向后设置。此外，吹出部分13具有与边界层分离板11a的宽度大致相同的宽度。而且，多个吹出孔形成在吹出部分13中。已经通过管道D的边界层BL经由吹出孔被从下表面3a朝向道路表面R吹出。这里，主流MF具有在边界层分离板11a的下游中重新附着到本体(下表面3a)的性质。因此，吹出部分13例如围绕其中由边界层分离部分11分离的主流MF开始重新附着到下表面3a或者边界层分离板11a的位置吹出由边界层分离部分11分离的边界层BL。
流体控制设备10可以进一步包括引导部分15。引导部分15是用于改变由边界层分离部分11分离的边界层BL的流动方向的板部件。引导部分15设置在管道D的后端处。此外，引导部分15具有位于吹出部分13上方的引导表面15a。引导表面15a是在车辆侧视图中相对于移动体1的行驶方向FW倾斜的表面。具体地，引导表面15a在从下表面3a向下分离时向后倾斜。此外，引导表面15a设置在下表面3a和吹出部分13的后端之间。已经通过管道D的边界层BL的流动方向被引导部分15改变，并且边界层BL从下表面3a朝向道路表面R流动到流体控制设备10的后部。
将描述包括以如此方式构造的流体控制设备10的移动体1周围的气流。移动体1沿着行驶方向FW移动，并且由此从移动体1的前方向后方产生其中主流MF和边界层BL一体地连接的气流ST。气流ST被边界层分离部分11的边界层分离板11a的前边缘以机械方式分离成主流MF和边界层BL。在这个过程中，被分离的边界层BL通过开口Din流入形成有边界层分离板11a、支撑部件11b和下表面3a的管道D中并且向后流动通过管道D。
此外，流动通过管道D的边界层BL的流动方向被引导部分15改变为从下表面3a分离的方向。在另一方面，被分离的主流MF从边界层分离板11a的前边缘向后流动。在向边界层分离板11a后面行进时，主流MF开始重新附着到边界层分离板11a。流动方向改变的边界层BL围绕其中主流MF开始重新附着到边界层分离板11a的位置被从吹出部分13吹出到被分离的主流MF中。这将主流MF的流动方向改变为从下表面3a分离的方向。
接着，将参考图2和3描述流体控制设备10的功能和效果。图2与其中安装流体控制设备10的移动体1有关。具体地，图2示意在本体2的下表面3a下面的气流。图3与其中未安装流体控制设备10的移动体有关。具体地，图3示意在本体的下表面下面的气流。在图2和3中，在其中下表面的前端设定为零的情形中，水平轴线代表移动体1沿着前后方向的位置。在其中下表面的高度设定为零的情形中竖直轴线代表从下表面向下的距离。此外，每一个箭头(实线)代表在考虑的高度处流体速率的幅值，并且将箭头的顶端连接到一起的曲线代表流体速率的状态。
如在图3中所示，在其中未安装任何流体控制设备10的相关技术中的移动体中，在移动体的下表面下方的气流具有一体地连接到一起的、围绕下表面形成的边界层和在远离下表面特定间隔或者更长的位置中形成的主流。由于流体的粘性，边界层围绕移动体拖曳并且因此具有更低的流体速率。此外，在从下表面分离时，边界层较小地受到粘性的影响，并且它的流体速率增加。在另一方面，主流几乎不受粘性影响。相应地，主流的流体速率基本与移动体的移动速度相同。然而，在相关技术中的移动体中，边界层和主流并不肯定地相互分离。因此，主流在向后行进时更加容易地重新附着(还被称作“汇合”或者“混合”)到边界层，并且主流由此被边界层减速。如上所述，当主流被边界层减速时，负升力降低。因此，移动体的稳定性可以被削弱。
此外，在相关技术中的移动体中，边界层和主流一体地连接到一起。相应地，仅仅抽吸边界层并不肯定地将边界层和主流相互分离，并且主流受到粘性的影响。另外，气流具有重新附着性质，并且主流重新附着到本体(下表面)并且然后改变为边界层。相应地，为了充分地抽吸边界层，具有宽面积或者长尺寸的抽吸部分是有必要的。
在另一方面，如在图2中所示，在其中安装流体控制设备10的移动体1中，从前端到点P1，在下表面3a下面的气流ST与传统的移动体相同。换言之，围绕下表面3a形成的边界层BL和在远离下表面3a间隔D1或者更长的位置中形成的主流MF一体地一起形成。然而，在移动体1中，沿着前后方向从位置P1到位置P2，边界层分离板11a设置在从下表面3a向下设置的间隔D1的位置中。相应地，在下表面3a下面的气流被边界层分离板11a以机械方式分离成在下表面3a侧上的边界层BL和在道路表面R侧上的主流MF。因此，在位置P1的后面，主流MF不被边界层BL减速。换言之，在移动体的本体的表面上气流的边界层和气流的主流被边界层分离板相互分离，由此防止气流的主流由于气流的边界层而减速。
然而，气流具有重新附着性质。因此，由边界层分离板11a分离的主流MF趋向于围绕位置P2重新附着到边界层分离板11a，并且主流MF的流体速率由此开始减速。相应地，在移动体1中，吹出部分13沿着前后--方向从位置P2到位置P3设置。由边界层分离板11a分离的边界层BL被从吹出部分13吹出到由边界层分离板11a分离的主流MF中。在这个过程中，边界层BL被从下表面3a朝向道路表面R吹出，并且主流MF的流动方向能够由此改变为从下表面3a离开的方向。相应地，能够防止主流MF重新附着到边界层分离板11a和下表面3a。换言之，被分离的边界层被吹出到被分离的主流中，能够由此防止被分离的主流重新附着到本体，并且还能够防止被分离的主流改变为边界层。结果，还能够在位置P2的后面防止主流MF减速。因此，向下表面3a的后端，主流MF的流体速率维持为与移动体1的移动速度大致相同。
此外，流体控制设备10包括在吹出部分13上方的引导部分15。由边界层分离板11a分离的边界层BL的流动方向被引导部分15改变，并且边界层BL从下表面3a朝向道路表面R流动。其流动方向已经被引导部分15改变的边界层BL经由吹出部分13吹出到主流MF中。相应地，能够防止主流MF重新附着到边界层分离板11a和下表面3a。换言之，由边界层分离板11a分离的边界层BL的流动方向被引导部分15改变为沿其防止主流MF重新附着到边界层分离板11a和下表面3a的方向。边界层BL然后经由吹出部分13吹出到主流MF中。相应地，其中仅仅设置引导部分15的简单构造防止了主流MF的重新附着。
如上所述，流体控制设备10在下表面3a的前端到后端的宽的范围中将主流MF和边界层BL相互分离。这减小了由于拖曳到边界层BL而减速的主流MF的比率。结果，在下表面3a下面，能够防止负升力减小，由此使得能够改进移动体1的稳定性。例如，能够减轻由于道路表面R的非平坦性和在快速转向期间的滚动引起的移动体1上的振动。
图4是其中安装根据本发明第二实施例的流体控制设备的移动体的概略构造图表。如在图4中所示，流体控制设备20是安装在移动体1A中的设备。此外，流体控制设备20是用于将由于移动体1A的运动而围绕移动体1A产生的气流ST分离成主流MF和边界层BL的设备。流体控制设备20设置在移动体1A诸如车辆的本体2的下表面3a(表面)上。流体控制设备20包括边界层分离部分21、管道D、压缩部分27和吹出部分23。在下文中给出的说明中，流体控制设备20的上下、前后和左右代表在其中本体2侧向上、道路表面R侧向下、行驶方向FW侧向前并且与行驶方向FW相对的一侧向后的情形中的方向。此外，主流MF和边界层BL的流速代表相对于移动体1A的相对速度。
边界层分离部分21具有用于将气流ST分离成边界层BL和主流MF的结构。具体地，边界层分离部分21例如包括边界层分离板21a和一对支撑部件21b。边界层分离板21a是用于将气流ST分离成边界层BL和主流MF的板部件。边界层分离板21a设置在距下表面3a规定间隔处，从而位于围绕在下表面3a上的气流ST的边界层BL和主流MF之间的边界的位置中。此外，边界层分离板21a与下表面3a平行地设置。例如沿着左右方向边界层分离板21a具有与下表面3a的宽度大致相同的宽度。这里，与下表面3a平行包括在边界层分离板21a能够以机械方式从主流MF分离边界层BL并且几乎不受由于围绕移动体1A产生的气流ST引起的阻力影响的程度上基本与之平行。
支撑部件21b是用于在下表面3a上安装边界层分离板21a的部件。支撑部件21b沿着边界层分离板21a的左右方向将边界层分离板21a的后端和下表面3a连接到一起。边界层分离板21a的前边缘和下表面3a形成向前打开的开口Din。开口Din是用于抽吸由边界层分离板21a分离的边界层BL的抽吸开口。管道D是用于将由边界层分离板21a分离的边界层BL输送到吹出部分23的导管并且设置在本体2中。
压缩部分27是用于压缩由边界层分离板21a分离的边界层BL的部分。压缩部分27设置在管道D的路线上，压缩通过管道D的边界层BL，形成处于比边界层BL和主流MF更高的压力的边界层BLc，并且将边界层BLcs输送至吹出部分23。
吹出部分23是用于在边界层分离部分21的后面将由压缩部分27压缩的边界层BLc吹出到由边界层分离部分21分离的主流MF中的部分。吹出部分23例如沿着下表面3a设置。此外，沿着左右方向吹出部分23具有与下表面3a的宽度大致相同的宽度。而且，多个吹出孔形成在吹出部分23中。已经由压缩部分27压缩的边界层BLc经由吹出孔从下表面3a朝向道路表面R吹出。这里，主流MF具有在下游中重新附着到本体(下表面3a)的性质。因此，吹出部分23例如围绕其中由边界层分离部分21分离的主流MF开始重新附着到下表面3a的位置吹出由压缩部分27压缩的边界层BLc。
流体控制设备20可以进一步包括引导部分25。因为引导部分25与流体控制设备10的引导部分15相同，所以将省略其说明。
将描述包括以如此方式构造的流体控制设备20的移动体1A周围的气流。移动体1A沿着行驶方向FW移动，并且由此从移动体1A的前方向后方产生其中主流MF和边界层BL一体地形成的气流ST。气流ST被边界层分离部分21的边界层分离板21a的前边缘以机械方式分离成主流MF和边界层BL。在这个过程中，被分离的边界层BL通过开口Din流入管道D中并且被压缩部分27压缩以形成处于高压的边界层BLc。
处于高压的边界层BLc的流动方向被引导部分25改变为从下表面3a朝向道路表面R的方向。在另一方面，被分离的主流MF从边界层分离板21a的前边缘向后流动。主流MF在向后行进时开始重新附着到下表面3a。其流动方向已经改变的、处于高压的边界层BLc被吹出部分23吹出到被分离的主流MF中。这将主流MF的流动方向改变为从下表面3a离开的方向。
如上所述，流体控制设备20包括压缩部分27。边界层BL由此被压缩以形成处于高压的边界层BLc。相应地，从吹出部分23吹出的边界层BLc的流体速率能够增加。因此，与流体控制设备10相比较，流体控制设备20能够将主流MF的方向改变为进一步从下表面3a分离的方向，并且能够进一步防止主流MF重新附着到本体2。
根据本发明的流体控制设备不限于在第一和第二实施例中描述的设备。例如，流体控制设备10和20能够安装在各种移动体1和1A诸如飞机中，而不限于车辆。此外，流体控制设备10或者20能够设置在移动体1或者1A的本体2的表面上，而不限于移动体1或者1A的本体2的下表面3a。此外，在第一和第二实施例中，边界层分离板11a和21a与吹出部分13和23的宽度与下表面3a的宽度大致相同。然而，它们的宽度可以比下表面3a的宽度更窄并且根据需要适当地调节。
此外，在第一和第二实施例中，引导部分15和25是具有在从下表面3a向下离开时向后倾斜的分别的引导表面15a和25a的板部件。然而，它们不限于那些。足够的是引导部分15能够将由边界层分离板11a分离的边界层BL的流动方向改变为从下表面3a朝向道路表面R的方向。足够的是引导部分25能够将由压缩部分27压缩的边界层BLc的流动方向改变为从下表面3a朝向道路表面R的方向。
此外，在第一和第二实施例中，吹出部分13和23设置在预设位置中。然而，它们不限于这种位置。检测主流MF的状态，估计主流MF重新附着的位置，并且可以由此调节吹出部分13和23的位置。
此外，在第一和第二实施例中，边界层分离板11a和21a设置在距下表面3a预设间隔处。然而，它们不限于这种方式。例如，流体控制设备10或者20能够进一步包括用于检测移动体1或者1A的移动速度的装置、用于响应于检测到的移动速度估计在边界层BL和主流MF之间的边界位置的装置，和用于将在边界层分离板11a或者21a与下表面3a之间的间隔调节为在边界层BL和主流MF之间的边界位置的装置。在这种情形中，响应于移动体1或者1A的移动速度，边界层分离板11a或者21a能够设置于在边界层BL和主流MF之间的边界位置中。
此外，在第一和第二实施例中，流体控制设备10和20控制相应的移动体1和1A周围的气流ST。然而，在其中在移动体1或者1A周围存在除了空气之外的流体的情形中，能够以相同的方式控制流体的流动。在移动体1和1A的本体2的表面上，在流体流的边界层中，由于粘性引起的剪切力对于在移动体1和1A上的流体流引起阻力，由此使得移动体1和1A减速。因此，在移动体1和1A的表面上。流体流被分离成边界层和主流，被分离的边界层被吹出到被分离的主流中，并且能够由此防止主流重新附着到本体2。相应地，能够防止主流减速，由此使得能够减小由于流体流引起的阻力。结果，能够改进燃料效率等。
虽然已经与其具体示例性实施例相结合解释了本公开，但是显然对于本领域技术人员而言很多可替代形式、修改和变型将是明显的。相应地，如在这里阐述的本公开的示例性实施例旨在是示意性的而非限制性的。可以在不偏离本公开的范围的情况下作出改变。
Claims (6)
1.一种流体控制设备，其特征在于包括：
板部件(11a；21a)，所述板部件将移动体(1)的本体(2)的表面(3a)上的气流分离成边界层(BL)和主流(MF)；和
吹出部分(13；23)，所述吹出部分在所述板部件(11a；21a)的在所述气流的流动方向上的下游将由所述板部件(11a；21a)分离的所述边界层(BL)吹出到由所述板部件(11a)从所述边界层(BL)分离的所述主流(MF)中，
其中，所述吹出部分(13；23)平行于所述板部件(11a；21a)地在所述板部件(11a；21a)的后端处向后设置。
2.根据权利要求1所述的流体控制设备，
其中，所述板部件(11a；21a)被设置在距所述本体(2)的所述表面(3a)一定间隔处。
3.根据权利要求1或2所述的流体控制设备，进一步包括：
引导部分(25)，所述引导部分改变被分离的边界层的流动方向，
其中，所述吹出部分(13；23)将流动方向被所述引导部分(25)改变的所述边界层(BL)吹出到被分离的主流中。
4.根据权利要求3所述的流体控制设备，
其中，所述引导部分(25)将被分离的边界层的流动方向改变为从所述本体(2)的所述表面(3a)分离的方向。
5.根据权利要求1或2所述的流体控制设备，进一步包括：
压缩部分(27)，所述压缩部分压缩被分离的边界层，
其中，所述吹出部分(13；23)将被所述压缩部分(27)压缩的所述边界层吹出到被分离的主流中。
6.根据权利要求1或2所述的流体控制设备，其中：
多个吹出孔被形成在所述吹出部分(23)中。
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