CN105292441A - 扰动降阻 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种降低机器、物体在流体中运动所受流体阻力的方法。机器、物体在流体中运动，流体会在其一些部位上堆积，形成高压区，这些部位的阻力也比其他部位大，形成阻力聚集区。在机器、物体受阻力集中的部位设置扰动流体喷口，扰动流体从喷口直接吹在堆积的流体上，从而尽量减少流体的堆积。扰动流体喷出的方向与其运动的方向相同或有一个夹角，见图所示。喷口的数量根据机器、物体的形状不同可以是一个，也可以是多个按一定的分布方式组合使用。扰动流体可以和机器、物体周围的流体相同，也可以不同。从而使机器、物体在流体中运动所受的阻力明显减小。

Description

扰动降阻
技术领域
本发明涉及一种降低机器、物体在流体中运动所受流体阻力的方法。
背景技术
目前，降低机器、物体在流体中运动所受流体阻力的方法主要是：把机器、物体的外形设计成流线型；紊流降阻是现在我们正研究的新方法，紊流减阻技术有泥沙减阻、微气泡及吹气和吸气减阻、聚合物减阻、图层减阻、磁减阻、仿生非光滑减阻等。很早以前人们就开始在船壳和水的边界之间注入一层空气，减小其表面摩擦力。微气泡减阻就是基于这种设想提出来的。
发明内容
机器、物体在流体中运动，会受到流体的阻力。降低阻力，维持机器运动状态的功率会降低，航程增加，减少能源消耗，减小对环境的破坏。本发明是一种降低机器、物体在流体中运动所受流体阻力的方法。方法是：机器、物体在流体中运动，流体会在其一些部位上堆积，形成高压区，这些部位的阻力也比其他部位大，形成阻力聚集区。在机器、物体受阻力集中的部位设置扰动流体喷口，扰动流体从喷口直接吹在堆积的流体上，从而尽量减少流体的堆积。扰动流体喷出的方向与其运动的方向相同或有一个夹角，见图1所示。喷口的数量根据机器、物体的形状不同可以是一个，也可以是多个按一定的分布方式组合使用。扰动流体可以和机器、物体周围的流体相同，也可以不同。从而使机器、物体在流体中运动所受的阻力明显减小。
实施例1
飞机在空中飞行时，在机头、机翼前缘、尾翼前缘等位置设置多个扰动流体喷口，喷口按一定的排列方式分布，可以使空气阻力明显降低，扰动流体此时选用压缩空气。下面以翼型NACA64A410为例，用计算机模拟计算看看扰动降阻与原型的气动表现。计算条件：马赫数为Ma0.2；温度273K；压强压强为标准大气压。图2为NACA64A410扰动减阻与原型各攻角下的升力系数图。从图中可以看到：攻角小于4°时，原型的升力系数略大；攻角大于4°时，使用扰动降阻的升力系数大于原型；原型的最大升力系数为0.62，此时攻角为14°，采用扰动降阻时，最大升力系数为0.82，此时攻角为16°；扰动降阻的临界攻角大于原型。使用扰动降阻方法时飞机的发动机功率一部分克服阻力，一部分要产生用做扰动流体的压缩空气，阻力系数不能准确反映机翼的气动特性。如果阻力降低了，产生扰动流体消耗的功率很大，使消耗的总功率大于原型，这不是我们所需要的。因此，我用功率系数来代替阻力系数。功率系数我给的定义是：维持飞行所需的总功率（克服阻力所需的功率与产生扰动气流所需功率之和）与气流动压和参考面积之比。扰动气流从喷口喷出，这个过程可以看成等熵膨胀做功，产生扰动气流的功率效率取0.7时，各攻角下的功率系数比较见图3。从图中可以看到：使用扰动降阻的功率系数在各攻角下都小于原型；攻角为0°时，原型的功率系数为1.48，采用扰动降阻的功率系数为0.71，此时功率系数下降最明显。
实施例2
船舶在水中行驶，受到水阻力和空气阻力，而且水的阻力要远远大于空气阻力。船舶的舰首、减摇装置的前缘、舵的前缘等部位是阻力集中的部位。在舰首水线以下、减摇装置的前缘、舵的前缘等部位设置扰动流体喷口，扰动流体从喷口喷出。扰动流体选择水。这样船舶所受的阻力就会明显变小。
实施例3
船舶在水中行驶，受到水阻力和空气阻力，而且水的阻力要远远大于空气阻力。船舶的舰首、减摇装置的前缘、舵的前缘等部位是阻力集中的部位。空气的阻力系数比水的要小的多，因此扰动流体选择空气比水减阻效果更好。在舰首水线以下、减摇装置的前缘、舵的前缘等部位设置扰动流体喷口，扰动流体从喷口喷出。在水线以上空气阻力集中的区域同时设置扰动流体喷口，这样船舶所受的水阻力和空气阻力都减小，这样减阻的效果更好。
实施例4
轴对称的机器、物体在气体或液体中运动时，阻力集中的地方在其前端。在其前端设置一个扰动流体喷口，扰动流体从喷口喷出。扰动流体可以和机器、物体周围的流体相同，也可以不相同。这样就可以降低轴对称的机器、物体所受的阻力。
说明书附图说明图1是扰动降阻图；图2是NACA64A410扰动减阻与原型各攻角下的升力系数图；图3是NACA64A410扰动减阻与原型各攻角下的功率系数图。

Claims (9)

1.机器、物体在流体中运动，流体会在其一些部位上堆积，形成高压区，这些部位的阻力也比其他部位大，形成阻力聚集区，在这些部位设置扰动流体喷口，扰动流体从喷口喷出。
2.根据权利要求1所述的扰动降阻方法，其特征在于：流体喷口是单独零件，并固定在机器、物体上。
3.根据权利要求1所述的扰动降阻方法，其特征在于：流体喷口集成在机器、物体的某个零件上。
4.根据权利要求1所述的扰动降阻方法，其特征在于：流体喷口数为一个单独使用。
5.根据权利要求1所述的扰动降阻方法，其特征在于：流体喷口数为多个组合使用。
6.根据权利要求1所述的扰动降阻方法，其特征在于：扰动流体和机器、物体周围的流体是同种流体。
7.根据权利要求1所述的扰动降阻方法，其特征在于：扰动流体和机器、物体周围的流体是不同种流体。
8.根据权利要求1所述的扰动降阻方法，其特征在于：扰动流体喷出的方向与机器、物体的运动方向相同。
9.根据权利要求1所述的扰动降阻方法，其特征在于：扰动流体喷出的方向与机器、物体的运动方向有夹角。
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