CN113135265B - 一种上下表面不相等的拖曳航行体支撑件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种上下表面不相等的拖曳航行体支撑件，该支撑件为顶端宽底端尖的翼型结构，包括：位于前部的拖曳航行体支撑件头部以及位于后部的拖曳航行体支撑件尾部，所述拖曳航行体支撑件头部和拖曳航行体支撑件尾部之间设置有位于拖曳航行体支撑件两侧表面的最大厚度处的涡流发生器单元；所述拖曳航行体支撑件的上下表面的翼型中心在同一垂线上；所述拖曳航行体支撑件头部和拖曳航行体支撑件尾部通过振幅、波长与翼型弦长相关的正弦函数进行优化；所述涡流发生器单元根据拖曳航行体支撑件头部优化的正弦函数对称分布在拖曳航行体支撑件表面最大厚度处；所述涡流发生器单元的高度和长度与翼型弦长相关、并对称分布在拖曳航行体支撑件表面最大厚度处。
Description
技术领域
本发明涉及船舶与海洋工程领域，尤其涉及一种上下表面不相等的拖曳航行体支撑件。
背景技术
拖曳航行体支撑件是在船舶拖曳试验中连接拖车与航行体的零攻角翼型，是影响尾流场的重要部件。稳定的流场直接影响着测量结果的准确性。当流体流过翼型表面时，边界层逐渐脱离翼型表面，在翼型的尾部形成涡，尾涡会导致翼型表面发生振动，支撑件的稳定性受到损害，并且还增大了试验过程中的噪声等，给测量带来很大的不利，控制边界层分离，对改善拖曳航行体支撑件尾流具有重要意义。
在历史的长河中随着时间的推移，为了更好地生存，生物也在不断地进化和发展，它们有些构造和功能已经接近完美状态，在一些相似的工程领域里，生物界可以为人类提供灵感，将其功能机理与我们的工程领域结合起来，能极大地促进科学的发展。座头鲸胸鳍的前缘上有一些很特别的结节，当它们游动的时候，水会流过这些结节，形成许多漩涡，这些漩涡可以改变边界层的分离模式，使其在水中也能来去自如。推迟或抑制物体表面的流动分离在流体力学工程领域中有相当高的地位。
常用的改善流场的方法就是涡流发生器，涡流发生器是以某个角度安装在翼型表面上的小展弦比小机翼，通常有三角形和梯形等形状。涡流发生器能产生高能量的翼尖涡，高能量的翼尖涡把能量传递给下游的边界层，边界层流场获得附加能量后能阻止形成大的逆压梯度，从而使流体继续贴附在翼型表面而不致过早分离。
发明内容
根据现有技术存在的问题，本发明公开了一种上下表面不相等的拖曳航行体支撑件，该支撑件为顶端宽底端尖的翼型结构，包括：位于前部的支撑件头部以及位于后部的支撑件尾部，所述支撑件头部和支撑件尾部之间设置有位于拖曳航行体支撑件两侧表面的最大厚度处的涡流发生器单元；
所述拖曳航行体支撑件的上下表面的翼型中心在同一垂线上；
所述拖曳航行体支撑件头部和拖曳航行体支撑件尾部通过振幅、波长与翼型弦长相关的正弦函数进行优化；
所述涡流发生器单元根据拖曳航行体支撑件头部优化的正弦函数对称分布在拖曳航行体支撑件表面最大厚度处；
所述涡流发生器单元的高度和长度与翼型弦长相关、并对称分布在拖曳航行体支撑件两侧表面最大厚度处。
所述涡流发生器单元包括26对涡流发生器。
所述拖曳航行体支撑件的上下表面为弦长比为5:1的标准翼型，顶部翼型弦长为280mm、底部翼型弦长为56mm、高度为1120mm。
由于采用了上述技术方案，本发明提供的一种上下表面不相等的拖曳航行体支撑件，该结构可以改善拖曳航行体支撑件的尾流场特性，使流场分布更加均匀，从而降低水下测量时的噪声干扰，并减轻拖曳航行体支撑件表面的受力，提高拖曳航行体支撑件表面的稳定性，得到更精确的测量结果。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明上下表面不相等的拖曳航行体支撑件的结构的整体示意图；
图2为本发明拖曳航行体支撑件的结构示意图；
图3为本发明拖曳航行体支撑件的侧视图；
图4为本发明结构的翼型示意图；
图5为本发明结构的流场示意图；
图6为本发明结构中的拖曳航行体支撑件头部流场示意图；
图7为本发明结构中的拖曳航行体支撑件尾部流场示意图。
图中：1、拖车；2、拖曳航行体支撑件；3、航行体；4、拖曳航行体支撑件头部；5、涡流发生器单元；6、拖曳航行体支撑件尾部；7、拖曳航行体支撑件头部最大波峰处；8、拖曳航行体支撑件顶部；9、拖曳航行体支撑件头部最大波谷处；10、尾涡；11、头部涡；12翼尖涡。
具体实施方式
为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整的描述：
如图1所示的一种上下表面不相等的拖曳航行体支撑件的工作环境示意图，拖曳航行体支撑件2连接拖车1和航行体3，以使拖车1为航行体3传递动力。该支撑件为顶端宽底端尖的翼型结构，该结构通过仿座头鲸胸鳍的结节结构优化拖曳航行体支撑件的头部4和拖曳航行体支撑件尾部6，即通过与其相似的正弦函数控制结节的振幅和波长。拖曳航行体支撑件的头部4和拖曳航行体支撑件的尾部6之间设置有位于拖曳航行体支撑件两侧表面的最大厚度处的涡流发生器单元5。支撑件的上下表面的翼型中心在同一垂线上。所述拖曳航行体支撑件头部4和拖曳航行体支撑件尾部6通过振幅、波长与翼型弦长相关的正弦函数进行优化：定义拖曳航行体支撑件的底部中心为原点，重力方向为z轴负方向，翼型弦长为c则
未优化时的拖曳航行体支撑件弦长
头部优化的正弦函数为
尾部优化的正弦函数为
进一步的，所述涡流发生器单元5根据拖曳航行体支撑件头部4优化的正弦函数对称分布在拖曳航行体支撑件表面最大厚度处；
所述涡流发生器单元5的高度和长度与翼型弦长相关、并对称分布在拖曳航行体支撑件2表面最大厚度处。
进一步的，拖曳航行体支撑件头部4的振幅为当地翼型弦长的0.05倍，波长为顶部翼型弦长的0.3倍，拖曳航行体支撑件尾部6的振幅为当地翼型弦长的0.025倍，波长为顶部翼型弦长的0.15倍。
拖曳航行体支撑件顶部8的翼型形状与经过优化后的拖曳航行体支撑件头部最大波峰处7、拖曳航行体支撑件头部最大波谷处9的翼型形状对比如图4所示。
在无攻角的情况下，在拖曳航行体支撑件表面对称安装尺寸较小的涡流发生器用来推迟翼型表面的流动分离，其特点是涡流发生器的形状为直角三角形，高度为当地弦长的0.02倍，长度为当地弦长的0.08倍。涡流发生器的底边中点与拖曳航行体支撑件最大厚度处重合，其中涡流发生器的开口角度与头部正弦曲线开口角度保持一致。
进一步的，所述涡流发生器单元5位于拖曳航行体支撑件两侧表面最大厚度处，并且具有26对涡流发生器。
本发明根据边界层理论对拖曳航行体支撑件进行优化，当水流流过涡流发生器后，涡流发生器会产生一对方向相反的翼尖涡12，将较高的能量传递给尾部，推迟流动分离现象，流场示意图见图5。
本发明根据边界层理论，对拖曳航行体支撑件进行优化，当水流流过拖曳航行体支撑件头部的正弦翼型后，波峰两侧会产生对称的头部涡11，加强边界层内部与外部的能量交换，推迟流动分离现象，流场示意图见图6所示。
本发明根据边界层理论，对拖曳航行体支撑件进行优化，当水流流过拖曳航行体支撑件尾部的正弦翼型后，原来的较大的涡结构在波峰处被减弱成较小的尾涡10，流场示意图见图7所示。
本发明公开的一种上下表面不相等的拖曳航行体支撑件，通过改善拖曳航行体支撑件的尾流场特性，使流场分布更加均匀，从而降低水下测量时的噪声干扰，并减轻拖曳航行体支撑件表面的受力，提高拖曳航行体支撑件表面的稳定性，得到更精确的测量结果。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种上下表面不相等的拖曳航行体支撑件，其特征在于：该支撑件为顶端宽底端尖的翼型结构，包括：位于前部的支撑件头部(4)以及位于后部的支撑件尾部(6)，所述支撑件头部(4)和支撑件尾部(6)之间设置有位于拖曳航行体支撑件两侧表面的最大厚度处的涡流发生器单元(5)；
所述拖曳航行体支撑件的上下表面的翼型中心在同一垂线上；
所述拖曳航行体支撑件头部(4)和拖曳航行体支撑件尾部(6)通过振幅、波长与翼型弦长相关的正弦函数进行优化：
定义拖曳航行体支撑件的底部中心为原点，重力方向为z轴负方向，翼型弦长为c，所述拖曳航行体支撑件的上下表面为弦长比为5:1的标准翼型，顶部翼型弦长为280mm、底部翼型弦长为56mm、高度为1120mm，则
未优化时的拖曳航行体支撑件弦长
头部优化的正弦函数为
尾部优化的正弦函数为
所述涡流发生器单元(5)根据拖曳航行体支撑件头部(4)优化的正弦函数对称分布在拖曳航行体支撑件表面最大厚度处；
所述涡流发生器单元(5)的高度和长度与翼型弦长相关、并对称分布在拖曳航行体支撑件两侧表面最大厚度处。
2.根据权利要求1所述的上下表面不相等的拖曳航行体支撑件，其特征还在于：所述涡流发生器单元(5)包括26对涡流发生器。
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