CN109774803B - 一种仿生非光滑低阻形态表面贴膜 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种仿生非光滑低阻形态表面贴膜，包括：基层；以及多个非光滑凸起，其沿所述基层径向设置，并沿所述基层轴向阵列排布；其中，所述非光滑凸起的高度以仿生翼型的曲线变化；或者多个非光滑凹槽，其沿所述基层径向设置，并沿所述基层轴向阵列排布；其中，所述非光滑凹槽的深度以仿生翼型的曲线变化。本发明提供一种非光滑贴膜，可避免在车身表面加工的复杂加工工艺，从而缩短减阻造型的制造周期，根据生物非光滑结构提取的凹槽或凸起造型，增加车身造型设计的艺术性，同时将仿生翼型的减阻形状应用于非光滑凸起或凹槽的高度或深度排布，有效降低了气动阻力系数。
Description
技术领域
本发明涉及空气动力学减阻领域，应用于车身上顶盖表面，更具体的是，本发明涉及一种仿生非光滑低阻形态表面贴膜。
背景技术
汽车工业迅猛发展，我国汽车保有量已达近2亿辆，燃油的大量消耗使人类面临巨大的能源危机，能源消耗和环境污染问题亟需解决。汽车工业的发展史也涵括了车身减阻造型的发展，汽车车身从早期的箱型车身逐步演变为流线型的甲壳虫车身，进一步发展为鱼形和楔形车身，而后又在车身上加装导流装置、喷射装置等改善其空气动力学特性。对车身整体造型的改进相对来说较为成熟，而对车身表面小尺寸改进和仿生学的应用还有较大的发展空间。
仿生非光滑表面的提取是根据自然界生物表面非光滑结构的特征规律，如长耳鸮的体表、贝壳的纹路、蜣螂头部等，通过分析其具有减阻降噪效果的结构，研究这些生物在空中、水中以及土壤中减阻降噪的特性，对生物表面减阻降噪特征进行简化。提取单个形态特征或结合多种减阻降噪形态特征，通过仿形测量、逆向设计进行表面重构，建立合理的简化模型。基于仿生规律归纳得到典型的简化模型如凸包、凹坑、棱纹等，所述凹坑、凸包即仿生非光滑单元体。
自然界的鸟类经过历史的选择和演变，进化出有利于其飞行的低阻力羽翼结构和组织。大部分的鸟类能借助气流作用节省体力消耗，从而能长时间的高空飞行。研究鸟类翅膀的空气动力学特性，提取仿生翼型，应用于仿生非光滑贴膜的单元体整体高度趋势，能有效地达到减阻目的。
发明内容
本发明设计开发了一种仿生非光滑低阻形态表面贴膜，在基层上设置有非光滑凸起或者凹槽，并将仿生翼型的减阻形状应用于非光滑凸起或者凹槽的高度排布，有效降低了气动阻力系数。
本发明提供的技术方案为：
一种仿生非光滑低阻形态表面贴膜，包括：
基层；
多个非光滑凸起，其沿所述基层径向设置，并沿所述基层轴向阵列排布；
其中，所述非光滑凸起的高度形成的曲线为：
x2+(y+H)2＝(b+H)2，x＞0，y≥0，H＞0；
其中，a＝14～18mm，1mm＜b≤hmaxmm，H＝1000～1060mm，hmax为非光滑凸起的最大高度；或者
多个非光滑凹槽，其沿所述基层径向设置，并沿所述基层轴向阵列排布；
其中，所述非光滑凹槽的深度形成的曲线为：
x2+(y-H)2＝(b+H)2，x＞0，y≤0，H＞0；
其中，a＝14～18mm，1mm＜b≤hmaxmm，H＝1000～1060mm，hmax为非光滑凹槽的最大深度。
优选的是，所述非光滑凸起的高度满足：
式中，Re(L)是雷诺数；V是来流时均速度；V是流场中非光滑凸起的特征长度，v是运动粘度；h是非光滑凸起的高度，且h＞0。
优选的是，所述非光滑凸起的高度满足h≤3mm。
优选的是，所述非光滑凸起沿所述基层轴向等间距阵列排布，所述非光滑凸起沿所述基层轴向的阵列间距满足s＝10～15mm。
优选的是，所述非光滑凸起为圆柱形。
优选的是，所述非光滑凹槽的深度呈曲线分布，且所述非光滑凹槽的深度满足：
式中，Re(L)是雷诺数；V是来流时均速度；V是流场中非光滑凹槽的特征长度，v是运动粘度；h是非光滑凹槽的深度，且h＞0。
优选的是，所述非光滑凹槽的深度满足h≤3mm。
优选的是，所述非光滑凹槽沿所述基层轴向等间距阵列排布，所述非光滑凹槽沿所述基层轴向的阵列间距满足s＝10～15mm。
优选的是，所述非光滑凹槽为圆柱形。
本发明所述的有益效果：
1、本发明提供的非光滑贴膜，可避免在车身表面加工的复杂加工工艺，从而缩短减阻造型的制造周期，降低成本。
2、根据生物非光滑结构提取的凹坑和凸包造型，增加车身造型设计的艺术性，使外观更加绚丽。
3、将仿生翼型的减阻形状应用于非光滑单元体的高度排布，有效降低了气动阻力系数。
附图说明
图1为本发明所述非光滑凸起贴膜示意图。
图2为本发明所述等距分布的仿生翼型的非光滑凸起的布置示意图。
图3为本发明所述非光滑凹槽贴膜示意图。
图4为本发明所述等距分布的仿生翼型的非光滑凹槽的布置示意图。
图5为本发明所述仿生翼型的上半部形状示意图。
图6为本发明所述仿生翼型的下半部形状示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
本发明提供了一种仿生非光滑低阻形态表面贴膜，应用于车身外表面，以实现车身减阻目的，如图1、2所示，其包括基层110和布置在基层上的非光滑凸起120，该非光滑凸起120其沿基层110径向设置，并沿基层110轴向等间距阵列排布。布置于基层110的非光滑凸起在流场的边界层内能够有效降低车身的气动阻力，故非光滑凸起120的高度h满足如下条件：
式中，Re(L)是雷诺数；V是来流时均速度；V是流场中非光滑凸起的特征长度，v是运动粘度；h是非光滑凸起的高度，且h＞0。
所述的非光滑凸起120的高度以仿生翼型上半部的规律变化，如图5所示，高度排布满足如下拟合曲线方程：
x2+(y+H)2＝(b+H)2，x＞0，y≥0，H＞0；
其中，a＝14～18mm，1mm＜b≤hmaxmm，H＝1000～1060mm，hmax为非光滑凸起的最大高度。
所述的非光滑凸起120沿基层110轴向的阵列间距满足s＝10～15mm。
所述的非光滑凸起120高度h≤3mm，本实施例中，所述的非光滑凸起120为圆柱形。
本发明还提供了一种仿生非光滑低阻形态表面贴膜，应用于车身外表面，以实现车身减阻目的，如图3、4所示，其包括基层210和布置在基层上的非光滑凹槽220，该非光滑凹槽220其沿基层210径向设置，并沿基层210轴向等间距阵列排布。布置于基层210的非光滑凹槽在流场的边界层内能够有效降低车身的气动阻力，故非光滑凹槽220的深度h满足如下条件：
式中，Re(L)是雷诺数；V是来流时均速度；V是流场中非光滑凹槽的特征长度，v是运动粘度；h是非光滑凹槽的深度，且h＞0。
所述的非光滑凹槽220的深度以仿生翼型下半部的规律变化，如图6所示，深度排布满足如下拟合曲线方程：
x2+(y-H)2＝(b+H)2，x＞0，y≤0，H＞0；
其中，a＝14～18mm，1mm＜b≤hmaxmm，H＝1000～1060mm，hmax为非光滑凹槽的最大深度。
所述的非光滑凹槽220沿基层210轴向的阵列间距满足s＝10～15mm。
所述的非光滑凹槽220深度h≤3mm，本实施例中，所述的非光滑凹槽220为圆柱形。
空白例
将未贴膜的车身置于风洞中进行测试，得到未贴膜表面的阻力系数为0.0163。
实施例1
本实施例提供一种仿生非光滑低阻形态表面贴膜，应用于车身外表面，以实现车身减阻目的，其包括基层和布置在基层上的非光滑凸起，该非光滑凸起其沿基层径向设置，并沿基层轴向等间距阵列排布。
非光滑凸起的半径为3mm，高度按仿生翼型上半部排布，如下为拟合曲线：
x2+(y+1050)2＝10532，x＞0，y≥0
所述的非光滑凸起沿基层轴向的阵列间距满足s＝10mm，将该非光滑凸起贴膜粘贴于车身上顶盖。将其置于风洞中进行测试，该非光滑减阻贴膜与未贴膜相比，此非光滑贴膜的阻力系数为0.0144，而未贴膜表面的阻力系数为0.0163，其风阻系数降低11.67％。
实施例2
本实施例提供一种仿生非光滑低阻形态表面贴膜，应用于车身外表面，以实现车身减阻目的，其包括基层和布置在基层上的非光滑凹槽，该非光滑凹槽其沿基层径向设置，并沿基层轴向等间距阵列排布。
非光滑凹槽的半径为3mm，深度按仿生翼型下半部排布，如下为拟合曲线：
x2+(y+1050)2＝10532，x＞0，y≤0
所述的非光滑凹槽沿基层轴向的阵列间距满足s＝10mm，将该非光滑凹槽贴膜粘贴于车身上顶盖。该非光滑减阻贴膜与未贴膜相比，此非光滑贴膜的阻力系数为0.0131，而未贴膜表面的阻力系数为0.0163，其风阻系数降低19.63％。
本发明提供的非光滑贴膜，可避免在车身表面加工的复杂加工工艺，从而缩短减阻造型的制造周期，降低成本。并根据生物非光滑结构提取的凹槽或凸起造型，增加车身造型设计的艺术性，使外观更加绚丽。同时将仿生翼型的减阻形状应用于非光滑凸起或凹槽的高度或深度排布，有效降低了气动阻力系数。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (7)
1.一种仿生非光滑低阻形态表面贴膜，其特征在于，包括：
基层；
多个非光滑凸起，其沿所述基层径向设置，并沿所述基层轴向阵列排布；
其中，所述非光滑凸起的高度形成的曲线为：
x2+(y+H)2＝(b+H)2，x＞0，y≥0，H＞0；
其中，a＝14～18mm，1mm＜b≤hmaxmm，H＝1000～1060mm，hmax为非光滑凸起的最大高度，所述非光滑凸起为圆柱形；或者
多个非光滑凹槽，其沿所述基层径向设置，并沿所述基层轴向阵列排布；
其中，所述非光滑凹槽的深度形成的曲线为：
x2+(y-H)2＝(b+H)2，x＞0，y≤0，H＞0；
其中，a＝14～18mm，1mm＜b≤hmaxmm，H＝1000～1060mm，hmax为非光滑凹槽的最大深度，所述非光滑凹槽为圆柱形；
非光滑凸起贴膜或非光滑凹槽贴膜粘贴于车身上顶盖。
2.如权利要求1所述的仿生非光滑低阻形态表面贴膜，其特征在于，所述非光滑凸起的高度满足：
式中，Re(L)是雷诺数；V是来流时均速度；L是流场中非光滑凸起的特征长度，v是运动粘度；h是非光滑凸起的高度，且h＞0。
3.如权利要求2所述的仿生非光滑低阻形态表面贴膜，其特征在于，所述非光滑凸起的高度满足h≤3mm。
4.如权利要求1、2或3所述的仿生非光滑低阻形态表面贴膜，其特征在于，所述非光滑凸起沿所述基层轴向等间距阵列排布，所述非光滑凸起沿所述基层轴向的阵列间距满足s＝10～15mm。
5.如权利要求1所述的仿生非光滑低阻形态表面贴膜，其特征在于，所述非光滑凹槽的深度呈曲线分布，且所述非光滑凹槽的深度满足：
式中，Re(L)是雷诺数；V是来流时均速度；L是流场中非光滑凹槽的特征长度，v是运动粘度；h是非光滑凹槽的深度，且h＞0。
6.如权利要求5所述的仿生非光滑低阻形态表面贴膜，其特征在于，所述非光滑凹槽的深度满足h≤3mm。
7.如权利要求1、5或6所述的仿生非光滑低阻形态表面贴膜，其特征在于，所述非光滑凹槽沿所述基层轴向等间距阵列排布，所述非光滑凹槽沿所述基层轴向的阵列间距满足s＝10～15mm。
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