CN111267970B - 用于减小汽车阻力的方法和系统 - Google Patents

Abstract

车辆阻力形成的主要原因之一就在于车辆后方的低压和/或湍流涡流区域。在一些车辆中，车辆周围可能会形成许多较小的涡流，并且通过塑造车身形状来消除这些小涡流是提高车辆效率的通常做法。根据本发明，提供一种车辆，该车辆被配置为，当其以高于预先设定的阈值速度的速度运行时，车辆附近形成至少一个湍流和/或低压区域(190)，所述车辆包括：至少一个推进喷嘴(200)，位于邻近至少一个区域；以及一个系统，用于向至少一个喷嘴(200)提供气体以便排出到至少一个区域(190)中。

Description

用于减小汽车阻力的方法和系统

技术领域

本发明一般涉及车辆，及减小车辆高速运行中所受阻力的方法，并且在汽车，货车，飞机，火车和摩托车中发现特定但非排他性的效用。

背景技术

不同类型的车辆在行驶中所受到阻力(也称为流体阻力)包括两个主要部分：一是层流中遇到的表面摩擦，其大致与所述车辆的速度成正比；二是湍流中遇到的形状阻力，其大致与车辆速度的平方成正比。为实现车辆形状阻力的最小化，例如可以只要确保来自表面摩擦阻力的最大化。在车辆后方形成低压和/或湍流涡流区域时，车辆周围的湍流在流体分离时发生，其主要特征是出现高雷诺数，其中湍流控制了层流。在一些车辆中，车辆周围可能会形成许多较小的涡流，并且通过塑造车身形状来消除这些小涡流是提高车辆效率的通常做法。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供一种车辆，该车辆被配置成当车辆以高于预先设定的阈值速度的速度运行时，车辆附件形成至少一个湍流和/或低压区域，所述车辆包括：至少一个推进喷嘴，与所述至少一个区域相邻；以及一个系统，用于向所述至少一个喷嘴提供气体以便将其排出到所述至少一个区域中。

推进喷嘴可安装在排气口和/或出风口处。

所述气体可能是空气，大气，发动机尾气，及其它气体，或者是所有这些气体的混合。

所述区域可能在车辆后方，在货车驾驶室后方，或者在车辆附件的任何低压区域。

推进喷嘴可能包括收敛和/或扩张的推进喷嘴。所述推进喷嘴的压力比可以限定为出口压力除以入口压力。在收敛喷嘴的情况下，如果喷嘴压力比高于临界值(通常约为1.6:1至2:1之间，例如约1.8:1)，则喷嘴阻塞，这导致一些压力膨胀到环境压力，其发生在喷嘴喉部下游(即喷嘴横截面流动面积最小处)；也就是在射流尾迹处。以这种方式，喉部静压力和环境压力之间的不平衡便会产生一些(压力)推力。

推进喷嘴可能是，例如收敛-扩张型的推进喷嘴，它可能是扩张推进喷嘴的一种形式。在收敛-扩张喷嘴中，出现在收敛喷嘴截面下游的膨胀对抗扩张喷嘴部分的内部。

所述推进喷嘴可能包括射流喷嘴。

其中至少一个推进喷嘴可能包括：至少一个收敛推进喷嘴，和/或至少一个扩张推进喷嘴。

例如，当与引入喷嘴的气体的速度和/或从扩张推进喷嘴排出的气体的速度相比时，收敛推进喷嘴被设置为产生相对高速度的喷射。

收敛喷嘴可以安装在该区域的边界附近。也就是说，收敛喷嘴可以位于将气体射流引入该区域的边界/边界层中。该区域可以是湍流边界层，并且该区域的边界可能在边界层的范围内。收敛喷嘴可以位于使得边界层的范围减小的一个位置。

通过这种方式，高速射流可以通过在其中引入气体来平衡区域外的气体的速度来消除区域边界/涡流边界/涡线。

例如，当与引入喷嘴的气体的压力和/或从收敛推进喷嘴排出的气体的压力相比时，扩张喷嘴被配置为产生相对高压的射流。

扩张喷嘴可以与该区域的边界隔开。也就是说，扩张喷嘴可以位于将气体射流引入到所述区域中的位置，例如引入到区域的中心部位，与该区域的边界/边界层间隔开的区域部分。

与扩张喷嘴位置的“隔开”可以被视为与收敛喷嘴的位置“相邻”的比较术语。

以这种方式，高压射流可以作为通过膨胀进入所述区域中以消除低压区域。

该系统可以被配置为向收敛喷嘴提供相对高温的气体。上述相对高温气体可以有70和130摄氏度之间，特别是在90和120摄氏度之间，更特别的大约有110摄氏度的温度。

该系统可以被配置为向扩张喷嘴提供相对低温的气体。上述相对低温气体可以有-50和10摄氏度之间，特别是在-40和-10摄氏度之间，更特别的大约有-30摄氏度的温度。

所述的相对较高和相对较低的温度可指互相比较，和/或相对于环境温度和/或约20至30摄氏度。也就是说，该系统可以被配置向收敛喷嘴提供比扩张喷嘴基本上更高温度的气体。

该系统可以通过任何常规方式加热和/或冷却气体以提供相对高温和相对低温的气体，常规方式例如电加热，热量形成于车辆内的发动机的冷却系统，来自于例如与废气接触的热交换器，来自气体压缩热，来自气体膨胀导致冷却过程，来自热交换器与环境空气接触，来自制冷系统，来自液氮存储系统，或者产生于波纹管或者不均匀和/或不光滑内部的管的通道。

所述系统可以包含一根涡流管，该涡流管可被构造成将气体分裂成温度相对较高的气流和温度相对较低的气流，还可以被构造成将高温气流输送到收敛喷嘴，将低温气流输送到扩张喷嘴。

涡流管可以是，例如，任何已知的构造的Ranque-Hilsch涡流管。特别地，涡流管可以包括涡流室和/或锥形喷嘴，如本领域所公知的。

该系统可以包括泵(例如如下所述的空气泵)，压缩机(例如如下所述的空气压缩机)或用于经由喷嘴向该区域提供气体和/或空气的任何其它系统，其中与周围环境相比，以压缩形式为优选；这在本文中将被称为“压缩空气”，但是除非另有说明，否则旨在涵盖所有陈述的可能性。泵可以直接向喷嘴提供气体，或者可以向涡流管提供气体，该涡流管随后又可以向一个喷嘴提供相对热的气流，向另一个喷嘴提供相对冷的气流。所述泵可以是压缩空气泵的形式，或者可以是位于发动机入口处(例如，存在于涡轮增压器中)的压缩机，其中压缩空气在引入发动机之前就可以排出。

发动机(例如，内燃机)排气管可以直接向喷嘴提供气体(例如废气)，或者可以向涡流管提供气体，然后涡流管可以向一个喷嘴提供相对热的气流，向另一个喷嘴提供相对较冷的气流。

在一些实施例中，来自泵的气体可以在按照上述方法供给喷嘴和/或涡流管之前与排出气体和/或废气组合。在替代实施例中，来自涡流管的相对热或冷的气流可以在被提供给喷嘴之前与排出气体和/或废气组合。通过这种方式，由排气和/或废气的湍流运动引起的噪音就可以降低，从而降低总体的发动机噪音。特别地，降低废气的温度降低了废气携带的声音能量。可以通过混合的方式结合来自泵和/或涡流管的气体，例如通过经由同轴管装置和/或经由混合器喷嘴，例如喷雾喷嘴，双路喷嘴和/或下水道喷嘴，将废气提供到气流(或反之亦然)。混合器喷嘴可以有一个主要出口，由该出口以大体上连续的方向提供从中通过的气流，以及至少一个辅助出口，由该辅助出口以大体上偏转的方向提供从中通过的气流。偏转方向可能在10和170度之间，例如大约15度，30度，70度，90度，110度或130度。

在一个实施例中，来自泵的气体被分离成引入到涡流管的第一流和被输送用于与废气组合的第二流。

组合后的气体可以具有相对较高或相对较低的温度，并且可以被引导到如上所述的该区域的适当部位。优选地，组合气体具有相对较低的温度，并被引导到指向该区域的内部部分的喷嘴处，与该区域的边界间隔开。

推进喷嘴可将可用气体加速至亚音速，音速或超音速。内部形状可以是收敛型或收敛-扩张型。推进喷嘴可以有固定的几何形状，或者它们可以有可变的(即可控制的)几何形状以给出不同的出口区域以控制推进射流的特性。推进喷嘴可以是射流喷嘴，然而，其它喷嘴构造也是可预期的。

推进喷嘴可以是超音速喷射器，例如锥形喷嘴；然而，尖端环形喷嘴或椭圆急剧倾斜变浅(ESTS)裂口喷嘴，如“用于超声速喷射器中混合增强的新型超音速喷嘴”所述，Srisha M.V.Raoa&G.Jagadeesh，Applied Thermal Engineering，第62-71页，2014年10月5日，第一期，第71卷，其内容通过引用整体并入本文。这种优选的布置提供了从锥形喷嘴处明显可见的增强混合，例如二次流动的卷吸增加了30％，并且还使压缩比降低了15％至50％之间。在传统的锥形喷嘴中，射流以巨大的动量喷射而出，带来巨大的能量并产生噪音。然而，在优选的喷嘴结构中，射流被更快地扩散并混合到低温环境中，使得射流更加安静并且改善了由推进喷嘴提供的“推力”。这很有可能使得噪音降低25％到35％。

尖端环形喷嘴可以包括一个扩张喷嘴，其具有一圆环，圆环在锥形喷嘴的出口处突出。特别地，尖端环形喷嘴可以包括收敛-扩张型喷嘴，在扩张喷嘴段出口处的内圆周中，可以安装一个延伸至射流的环形突起物，突起物形状可大致为环状的(例如甜甜圈形状或超环面的)，并且从扩张喷嘴段的内部延伸进入流体约扩张喷嘴段出口的半径的5％(例如在2％和10％之间，特别是在4％和8之间，例如5％至7％)。

ESTS裂口喷嘴可以有带有相对尖锐尖端的椭圆形裂片(例如在裂片之间形成尖点)，尖端仅突出进入射流相对较短的距离。尤其是，它们可以突出到喷嘴出口半径的大约5％和20％之间，更特别地在约7％和15％之间，例如10％。ESTS裂口喷嘴可以包括常规裂口喷嘴，该裂口喷嘴被修改以具有裂片，裂片具有向外突出的椭圆形横截面，并且具有限定相邻椭圆形区域之间的连接的尖点，该尖点从所述扩张喷嘴段的内壁向内突出到大约5％和20％的半径处。在一些布置中，基本上整个扩张喷嘴部分具有这样的横截面形状。在优选实施例中，喷嘴可以包括四个裂片；然而，三，五，六个或更多的裂片也是可以的。ESTS裂缝喷嘴可以包括收敛-扩张型喷嘴。

所述推进喷嘴可包括铝合金。

根据本发明的第二方面，提供了一种用于减小车辆阻力的方法，该方法由以下步骤组成：根据前述权利要求中任一项提供车辆；并且将气体从所述至少一个喷嘴排出到所述至少一个区域中。

机动车辆的交流发电机通常由曲轴驱动，曲轴将活塞的往复运动转换成圆周运动。早期的车辆使用一种一种从曲轴皮带轮连到交流发电机皮带轮的单独的传动皮带，但是现今的大多数汽车都有蛇形皮带，或者有一种依靠曲轴功率来驱动所有部件的皮带。然而，随着越来越多的功率从曲轴中被抽出以运转这些“辅助部件”，发动机的净功率或有效功率输出减少以产生有效功，例如用于运动。

根据本发明的第三方面，提供了一种发动机系统，包括：具有进气道和排气道的内燃机；连接到排气道的涡轮机，使得涡轮机响应于接收来自发动机的废气而旋转；以及连接到涡轮机的交流发电机，使得交流发电机响应于涡轮机的旋转而产生电力。

以这种方式，发动机不需要直接驱动交流发电机，例如使用曲轴，因此交流发电机不从发动机抽取动力，否则会减少发动机用于车辆运行可用的动力。相比之下，根据本发明，交流发电机由离开发动机的废气驱动，这允许发动机产生的所有动力(并且供给曲轴)用于主要目的，例如运动。因此，对于发动机给定的期望功率输出，可以使用更小(因此更轻)且潜在更有效的发动机，因为净功率输出将高于传统发动机的功率输出，其中传统发动机的交流发电机连接到曲轴。

来自内燃机的废气通常处于比环境更高的温度和/或压力下。涡轮机可以被配置为作为涡轮膨胀机操作，这样一来相对高压的废气得以膨胀以做功(即旋转涡轮机)。在这情况下，来自废气的热能被提取并转换成涡轮机的旋转能量；也就是说，当废气通过涡轮膨胀机膨胀时，废气的温度随着热能转化为涡轮机的旋转动能(例如叶轮或转子的旋转)而下降。

涡轮机可以是任何形式的已知涡轮机。涡轮可以包括脉冲式涡轮机，例如佩尔顿水轮机，用于从移动流体的脉冲中提取能量。替代地或另外地，涡轮机可以是反应型涡轮机。涡轮机可以具有多叶片结构。例如，涡轮机可以包括双叶片涡轮机。涡轮机只能只有一个涡轮级，或者多个涡轮级(例如两级)。每个涡轮机级可以是类似的类型，或者可以与某些或所有其它级都不同。涡轮机或叶轮可以是，例如铝合金，选择它的目的是为了抵抗在流体流动内遇到的高温和高压；然而，也可考虑其它结构，例如陶瓷和/或其他金属。涡轮机可以包括在叶轮或转子上旋转的轴承(例如低摩擦轴承，例如聚合物轴承)。

此外，来自内燃机的废气通常具有相对高的速度；即来自内燃机(从气缸排出)的废气通常不会立即排放到环境中，而是沿着排气管输送。来自气缸的废气的压力推动管道内的废气，使得废气通过管道获得速度。在本发明中，涡轮机可以设置成接收这种具有速度的废气，并且可以被配置为由于其速度而提取动能。以这种方式，由于废气相对于涡轮机的速度而产生的冲压力可能存在于涡轮机上，并且涡轮机可以使用该冲压力从流动的废气中提取动能，并将其转换为涡轮机的旋转动能。

涡轮机内的废气的压力减小和/或速度的降低可以起到减少废气中声能的量的作用。特别地，涡轮机可以被配置为将废气中的一些声能转换成动能。涡轮机可以被配置或进一步配置以抑制来自废气内不相干的振动，从而减小废气排放产生的噪音量。

涡轮机可以被配置为在预定的RPM下旋转，以响应从发动机接收废气，例如高于大约2000rpm，大约在2500和8000之间，特别是在大约3000和6000rmp之间，更特别地大约在3500和5000rpm之间(例如大约4000或4500rpm)。在这种情况下，涡轮机和交流发电机之间不需要齿轮箱，以在交流发电机处产生所需的电力。此外，因为交流发电机是连接到涡轮机而不是发动机的曲轴，所以在曲轴和交流发电机之间不需要传动齿轮，从而使发动机整体尺寸可以更小，重量可以更轻。

将涡轮机配置为可以在预定RPM下旋转可以包括使用排气管上的废气阀，通过废气在与涡轮机相互作用之前先去除从排气管排出的一部分废气，和/或通过常规方法选择合适的涡轮叶片配置(包括迎角)，来达到限制所述涡轮机的较高转速的目的。

交流发电机可以按照本领域技术人员已知的任何一种方式连接到涡轮机上，类似于交流发电机通过例如皮带，链条或齿轮连接到发动机的曲轴上的方式。

交流发电机可以与发动机间隔开，距离超过例如25cm，50cm，1m，2m等。以这种方式，可以通过选择发动机系统部件(如发动机和交流发电机)的适当位置(例如重量分布)来改善车辆的性能及更好地操纵车辆。涡轮机可以通过排气管连接到(例如与流体连通)排气装置上。特别地，涡轮机基本上可以置于发动机排气道沿线的任何位置，以允许交流发电机，并且可选的允许电池，被类似的定位。

涡轮机可以连接到至少一个辅助设备上，包括水泵，空调压缩机和/或空气泵。

空气泵可以是旋转叶片泵，往复式(活塞)压缩机或任何其它合适形式的泵或压缩机。空气泵可以将空气加压至600kpa，700kpa，800kpa，850kpa，900kpa或1Mpa。空气泵可以由铝合金或其它任何合适的金属，陶瓷或碳纤维构成。空气泵可以包括止回阀。空气泵可以在泵入口处吸入环境空气，并将加压的空气排出到排气出口或不同的出气口，例如如上所述的排到推进喷嘴。以这种方式，空气可以被压缩并被输送到排气/空气出口处以消除发动机系统所在的车辆后方的涡流。

在一些实施例中，出气口可以连接到发动机所在的车辆的充气轮胎上，从而可以实现轮胎的充气。特别地，软管可以通过例如手动连接的方式连接在出气口和轮胎之间。在一些布置中，出气口可以永久地连接到轮胎，并且进入轮胎的气流可以通过选择开关(其可以是手动操作的，机械的，电子的和/或自动的)来控制。在一些实施例中，如上所述，软管可以直接连接到推进喷嘴，例如通过推入式连接器，螺旋式连接器，扩展套环/夹头连接器或类似连接。在另外的实施例中，空气泵是可控的，可以根据所需功能来提供应不同的气压；例如，给轮胎充气，消除车辆后方的涡流和/或向发动机进气口供应空气。

涡轮机可以连接到压缩机，用于以常规涡轮增压器的方式将压缩气体输送到进气口。特别地，压缩机可以包括至少另一个辅助设备，特别是气泵。压缩机/空气泵可具有双重功能；具体地，用于操作涡轮增压器和/或出气口。该双重功能可以包括一个拨动开关，用于在相应的空气和/或涡轮增压器功能之间选择，和/或用于平衡分别供应给涡轮增压器和/或出气口的增压空气比例。

可以在压缩机和进气口之间设置限压阀，以调节提供给进气口的气体压力。以这种方式，可以实现发动机的最佳操作。限压阀可由计算机控制；然而，在替代实施例中，限压阀可含有一些其他形式的反馈系统，例如压力调节反馈系统。限压阀可以包括一个将来自压缩机的部分气体直接转移到排期管和/或排气出口处(也就是，绕过发动机)的机制，其可以以与常规废气阀类似的方式实现。

卸压阀可包含在该系统中，以减小超过预定阈值压力的压力水平。预定的阈值压力可以是可调节的，如此一来，卸压阀也可以是可调节的卸压阀。这样的卸压阀可以安装在系统的各个不同的点，例如紧接在压缩机之前，紧接在压缩机之后，紧接在进气口之前，在压缩机和进气口之间，紧接在排气管之后，紧接在涡轮机之前，在排期管和涡轮机之间，紧接在涡轮机之后，紧接在排气出口前和/或在涡轮机和排气出口之间。

在通过涡轮机之后，废气可以被输送到排气出口，该排气出口可以位于含有该有发动机系统的车辆的后部。可以在涡轮机和出气口之间安装止回阀，以便调节输送到出气口的废气量，并且可以用作可被控制以优化涡轮机功能的下游限流器。

特别地，排气/出气口可以包括如上所述的推进喷嘴。例如，废气(或来自出气口的气体)通过推进喷嘴转换成相对高速的推进射流。推进喷嘴可以被配置为通过用作下游限流器来优化涡轮机的运行。含有上述发动机系统的车辆还可以包括连接到涡轮机的排气出口，用于去除已经被用于旋转涡轮机的废气。排气出口可以位于车辆的后部，使得废气被排出到车辆后面的湍流和/或低压区域中。以这种方式，通过用废气填充车辆后面的湍流和/或低压区域，可以使形状阻力(由于车辆的形状)的影响最小化。任何入射车辆前方被引入发动机的(例如从散热器格栅)空气都可以被立即排出车辆后方，从而通过对称性来减少阻力。

根据本发明的第四方面，提供了一种从内燃机发电的方法，所述方法包括以下步骤：提供具有进气口和排气口的内燃机；提供连接到排气口的涡轮机；响应收到发动机排放的废气而旋转涡轮机；提供连接到所述涡轮机的交流发电机；以及响应涡轮机旋转而用交流发电机发电。

附图说明

通过以下结合附图的详细说明，本发明的上述及其它特征，特点和优点将更清楚地显现出来，通过举例的方式说明了本发明的原理。该描述仅仅为了示例，不为限制本发明的范围。下面引用的参考图片请参考附图。

图1是通过尖端环形喷嘴的出口的纵向横截面图。

图2是ESTS裂口喷嘴的出口的端部(轴向)视图。

图3是典型的现有技术内燃机和交流发电机系统的示意图。

图4是本发明的第一实施例的示意图。

图5是本发明的第二实施例的示意图。

图6是本发明的第三实施例的示意图。

图7是本发明的第四实施例的示意图。

图8是本发明的第五实施例的示意图。

图9是本发明的第六实施例的示意图。

图10是结合本发明实施例的铰接式货车的示意图。

具体实施方式

将参照某些附图来描述本发明，但是本发明不限于此，而仅由权利要求限定。所描述的附图仅是示意性的并且是非限制性的。每张附图并不一定包括本发明的所有特征，因此未必就可以看成是本发明的实施例。在附图中，为了说明的目的，一些部件的尺寸可能被夸大并且不按比例绘制。尺寸和相对尺寸和本发明在实际应用中的实际减少是不对应的。

此外，在说明书和权利要求书中的术语第一，第二，第三等用于区分相似的部件，而不一定用于在时间上，空间上，级别上或以任何其它方式描述序列。应当理解，如此使用的术语在适当的情况下是可互换的，并且该操作按照不同于本文所描述的，或举例说明的其它顺序来进行也是可行的。

另外，说明书和权利要求书中所用的术语，顶部，底部，上面，下面等用于描述目的，而不一定用于描述相对位置。应当理解，如此使用的术语在适当的情况下是可互换的，并且该操作能够在不同于本文所描述或举例说明的其它方向上进行。

值得注意的是，权利要求中使用的术语“包括”不应被解释为限于此后列出的方法；它不排除其它部件或步骤。因此，它被解释为指定所提及的所述特征，整体，步骤或组件，但不排除存在或添加一个或多个其它特征，整体，步骤或组件或其组合。因此，“装置由部件A和部件B”的表述范围不应限于仅由部件A和B组成的装置。这意味着对于本发明，装置的唯一相关部件是A和B。

类似地，值得注意的是，说明书中使用的术语“连接到”不应被解释为仅限于直接连接。因此，“连接到装置B的装置A”的表述范围不应限于装置A的输出直接连接到装置B的输入的设备或系统。这意味着在A的输出和B的输入之间存在一条路径，其可以包括其它装置和路径。“连接到”可能意味着两个或更多个部件处于直接物理或电接触，或者两个或更多个部件彼此不直接接触但仍然彼此协作或相互作用。

本说明书中多次提及的“一个实施例”或“一个方面”意味着结合实施例或方面描述的特定特征，结构或特性包括在本发明的至少一个实施例或方面中。因此，贯穿本说明书的各个地方的短语“在一个实施例中”，“在一个实施例中”或“在一个方面”的出现不一定都涉及同一个实施例或方面，而可能涉及不同的实施例或方面。此外，本发明的任何实施例或方面的特定特征，结构或特性可以以任何合适的方式进行组合，如本领域普通技术人员在本发明的一个或多个实施例或多个方面所显而易见的那些特征及结构。

类似地，应当理解，在说明书中，出于简化公开和有助于理解创新点的方方面面的目的，本发明的各种特征有时被整合在单个实施例，附图或其描述中。然而，这种公开的方法并不表示所要求保护的发明需要多于每项权利要求中明确叙述的特征。此外，任何单独的图片或方面的描述不一定被认为是本发明的实施例。相反，如以下权利要求所反映的那样，创造性方面在于比单个前面公开的实施例的所有特征少。因此，具体实施方式后面的权利要求特此明确地并入具体实施方式中，其中每项权利要求独立地作为本发明的单独实施例。

此外，尽管本文所描述的一些实施例包括了其它实施例中包括的一些特征，但是不同实施例的特征组合仍然在本发明的范围内，并且形成本领域技术人员将理解的又一个实施例。例如，在接下来的权利要求中，任何要求保护的实施例可以以任何组合形式使用。

在本文提供的说明书中，阐述了许多具体细节。然而，应当理解本发明中的实施例可能是在没细节的情况下实践的。在其他情况下清楚明了的方法，结构和技术还没有详细公示，以便不模糊对该说明书的理解。

在本发明的讨论中，除非另有说明，否则对参数的允许范围的上限或下限的可选值的公开，以及所述值中的一个比另一个更高度优先的指示，是被解释为隐含声明，所述参数的每个中间值位于所述替代物的更优选和较不优选之间，其本身优于所述较不优选的值，并且还适用于位于所述较不优选值和所述中间体之间的每个值。

术语“至少一个”的使用可能意味着某种情况下只有一个。

现在将通过对与本发明的示例性特征有关的至少一幅图的详细描述来描述本发明的原理。很明显，在不脱离本发明的基本概念或技术指导的情况下，可以根据本领域技术人员的知识来配置其他布置，本发明仅受所附权利要求的条款的限制。

图1是尖端环形喷嘴1的出口的纵向横截面图，其具有围绕喷嘴出口内部的环形带2，该环形带2具有近似圆形的横截面，并在自己身上绕了一圈以形成大致环形的形状。箭头3指示气体通过喷嘴的发散部分的流动方向。为了清楚起见，未示出喷嘴的先前部分(例如，收敛部分)。

图2是ESTS裂口喷嘴4的出口的端部(轴向)视图。喷嘴4具有四个等间隔的波瓣形式的内部轮廓5，每个波瓣由尖锐的壁6隔开。喷嘴4的入口7显示为直径减小的开口，其可以形成喷嘴的喉部。入口7可以包括喷嘴的收敛部分(未示出)和喷嘴4的扩张部分之间的连接件。因此，技术人员可以理解，喷嘴的横截面与圆形截面的不同程度从入口7到出口内部轮廓5处增加。

图3是典型的现有技术内燃机和交流发电机系统的示意图。内燃机具有气缸10，位于其中的往复活塞20，进气口30，进气阀40(用于控制通过进气口10进入发动机的气体流量)，排气口50和排气阀60(用于调节通过排气口50排出发动机废气流量)。

内燃机运转，为了清楚起见，其细节未示出，使活塞作往复运动，从而使曲轴70旋转。曲轴70的旋转用于驱动皮带80，而皮带80随后通过交流发电机皮带轮带动交流发电机90运转。交流发电机皮带轮100根据曲轴70来调整尺寸，这为存在于曲轴70处的交流发电机90处提供更高的转速。也就是说，活塞20必须在交流发电机90上做功。

图4是本发明的第一实施例的示意图，其中图3所示的现有技术以按照以下方式被修改。涡轮机110被放置在排气口50处，使得来自发动机的废气带动涡轮机旋转。随后，该气体可以经由排气出口120离开涡轮机。皮带80联接到涡轮机110的轴而不是曲轴70，从而减小活塞20上的负载。如前所述，交流发电机90经由交流发电机皮带轮100上的皮带80带动运转。

然而，涡轮机110被构造成能够为交流发电机90提供适合于它的转速，使得那些通过选择与皮带80一起使用的适当尺寸的皮带轮而提供的传动齿轮不是必须的。在替代实施例中，可以设想，交流发电机90可以直接连接到涡轮机110的轴上，而不需要皮带80和交流发电机皮带轮100。

图5是本发明的第二实施例的示意图，其是图4所示的第一实施例的进一步修改。在这种布置中，皮带80驱动交流发电机90，并且另外还附加的驱动了另外的辅助装置130，例如空调压缩机组。另外的辅助装置140也由涡轮机110的轴上的另一条皮带150驱动。另外的辅助装置140可以是，例如水泵；然而，其它任何部件都更普遍的由曲轴直接驱动。

图6是本发明的第三实施例的示意图，其是图4所示的第一实施例的替代或附加修改。涡轮机110的轴与位于进气口处的压缩机160的轴相同，就如常规的涡轮增压装置一样。如在其它实施例中，交流发电机90由涡轮机110的轴驱动。限压阀170位于压缩机160和进气阀40之间，并且构造成将来自压缩机的气流引导离开进气阀40，以防由压缩机提供的压缩超过某个阈限量。在一些实施例中，转向气体180被输送到排气出口120或其它出口，例如上述的推进喷嘴。限压阀170可转移来自压缩机160的全部气体，或不转移任何来自压缩机160的气体，或转移全部和0气体之间的任意比例气体。

尽管可以将废气输送到本发明的推进喷嘴，但是还是以常规方式简单地排出废气为优。可以将来自另一来源的气体提供给喷嘴。特别地，排气将是有用的，因为它既热，温度又相对较高；然而，它还可能含有相对大量的未燃烧的烃和其它杂质，这可能导致喷嘴随着时间的推移而阻塞/堵塞，或至少会降低其效率。因此，期望通过本发明的推进喷嘴，使用废气的热和/或压力来提供的合适的空气流。例如，可以使用热交换器来回收废热，和/或可以使用涡轮膨胀机来提取压力以供重复使用。废气然后可以通过消声器和/或排气管排出。

图7是本发明的第四实施例的示意图，其中空气压缩机140由涡轮机110驱动以产生沿着管道300流下的压缩空气流(或其它气体)。空气压缩机140可以从环境中吸入空气，或者在替代实施例中可以经由限压阀170从发动机入口吸入空气。压缩机可以是例如叶片式压缩机。

由空气压缩机140压缩的空气可以直接供应给推进喷嘴和/或可被送到涡流管310，涡流管310将气流分成一温度相对较高的气流和一温度相对较低的气流，温度相对较高的气流可通过阀320被送到推进喷嘴，而温度相对较低的气流可以通过阀340被送到推进喷嘴。任选地，加热器和/或冷却器330可以与热气流或冷气流放置在一排，或者在压缩空气流被引入涡流管310之前，例外地，与压缩空气流放置在一排。另外的止回阀350也可以包括在管道300中。附图中所示的每个止回阀可以可选地由压力传感器伴随或代替。控制器可以被配置为操作该止回阀或每个止回阀，以响应由压力传感器测量的压力。燃料控制器可以与该压力传感器或每个压力传感器，和/或止回阀相关联。

应当理解，可以修改图7中的布置，使得空气压缩机140被类似于图3所示的构造的曲轴70驱动，而不是通过涡轮机110驱动。

图8是本发明的第五实施例的示意图，其中来自限压阀170(由压缩机160压缩)的气流经由管道360(传送相对较冷的空气)直接供给到推进喷嘴，和/或通过止回阀370直接供给到热交换器380。热交换器380可以被配置为从排气管120内的废气中除去热量，以便加热来自止回阀370的压缩空气，从而提供相对较高温度的气流390到如上所述的推进喷嘴。

图9是本发明的第六实施例的示意图，其中压缩空气从如图8所示的限压阀17中取出，但被传送到如图7所示的涡流管310中。特别地，冷却器330被设置在涡流管310之前的管道300中。

以上所述的实施例的任一组合都可以被用来生成系统，该系统具有上述部分或所有优势。

图10是结合本发明实施例的铰接式货车180的示意图。当前进的时候，货车180由于车辆的基本上不是流线形而受到阻力，特别是形成形状阻力。涡流190，形成于货车180后面的低压区域中，该涡流导致形状阻力的产生。可以通过使货车180后部更具流线型来减小形状阻力；然而，这种方法是不可取的，因为希望可以从汽车上轻松拿到物品。第一出口200，设置在车辆后部的外围，并且具体指向车辆后方的涡流的边界。第二出口210，设置在与外围隔开的车辆后部，并且具体引导到车辆后方的低压区域中，以便通过减少涡流来最小化拖力，从而减小阻力。这些出口以上述形式的喷嘴为优选。尤其第一出口可以是收敛喷嘴和/或供应相对较高温度空气的喷嘴，而第二出口可以是扩张喷嘴和/或供应相对较低温度空气的喷嘴。该图显示了每种类型的两个这样的出口200，210；然而，也设想出每种类型的单个出口或多个出口(例如3，4，5，6，10，20个等)。

在一些布置中，出口可以位于铰接式货车180的驾驶室和集装箱之间，或者位于邻近由类似的移动车辆产生的任何低压区域和/或涡流，例如车轮后。在进一步的布置中，出口可以位于扰流板上或与扰流板相邻。特别地，扰流板上/邻近扰流板的出口可以是收敛喷嘴和/或供应相对较高温度空气的喷嘴。可以并入(例如邻近扰流板)致动器和增力装置，其可以在第一压力下接收压缩空气，并根据帕斯卡定律将其转换成不同的压力。

在一些实施例中，喷嘴布置可以颠倒，使得相对较高温度的空气被排出到车辆前方的高压区域，该高压区域的存在要归因于风筒压力。温度相对较高的空气可以使高压区域变暖，推动其膨胀和消散，从而减少形状阻力。特别地，在一些具体实施例中，喷嘴可以被引向邻近车辆的相对高压的区域。

Claims (12)

1.一种车辆，其特征在于，其被配置为当其以高于一预定阈值的速度行驶时，在所述车辆附近形成至少一个湍流和/或低压区域，所述车辆包括：

至少一个收敛推进喷嘴，与所述至少一个湍流和/或低压区域的一边界相邻；

至少一个扩张推进喷嘴，与所述至少一个湍流和/或低压区域相邻，并与所述至少一个湍流和/或低压区域的所述边界间隔开；和

一系统，用于向所述至少一个收敛推进喷嘴和所述至少一个扩张推进喷嘴中的每个提供气体，以排出到所述至少一个湍流和/或低压区域中。

2.根据权利要求1所述的车辆，其特征在于，所述至少一个收敛推进喷嘴包括一射流喷嘴。

3.根据前述权利要求中任一项所述的车辆，其特征在于，所述至少一个扩张推进喷嘴包括一射流喷嘴。

4.根据权利要求1所述的车辆，其特征在于，所述至少一个收敛推进喷嘴包括一超音速喷射器。

5.根据权利要求1所述的车辆，其特征在于，所述至少一个扩张推进喷嘴包括一超音速喷射器。

6.根据权利要求1所述的车辆，其特征在于，所述至少一个收敛推进喷嘴包括一锥形喷嘴。

7.根据权利要求1所述的车辆，其特征在于，所述至少一个扩张推进喷嘴包括一锥形喷嘴。

8.根据权利要求1所述的车辆，其特征在于，所述至少一个收敛推进喷嘴包括一尖端环形超音速喷嘴。

9.根据权利要求1所述的车辆，其特征在于，所述至少一个扩张推进喷嘴包括一尖端环形超音速喷嘴。

10.根据权利要求1所述的车辆，其特征在于，所述至少一个收敛推进喷嘴包括一ESTS裂口喷嘴。

11.根据权利要求1所述的车辆，其特征在于，所述至少一个扩张推进喷嘴包括一ESTS裂口喷嘴。

12.一种减小车辆阻力的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

提供根据前述权利要求中任一项所述的车辆；以及

将所述至少一个收敛推进喷嘴和所述至少一个扩张推进喷嘴的其中至少一个的气体排入到所述至少一个湍流和/或低压区域中。

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