CN113195345A

CN113195345A - 运输工具的阻力减小设备和用于减小运输工具阻力的方法

Info

Publication number: CN113195345A
Application number: CN201980083636.8A
Authority: CN
Inventors: T·辛格; R·莱斯迈斯特
Original assignee: Peugeot Citroen Automobiles SA
Current assignee: PSA Automobiles SA
Priority date: 2018-12-17
Filing date: 2019-10-04
Publication date: 2021-07-30
Also published as: MA54495A; EP3898391A1; WO2020126062A1; DE102018221976A1

Abstract

本发明涉及一种用于运输工具(4)的阻力减小设备(2)，所述运输工具尤其是陆地运输工具、水上船舶或飞行器，所述阻力减小设备包括至少一个流体引导通道(6)，所述至少一个流体引导通道具有：流体入口(8)，流体可通过所述流体入口流动到所述流体引导通道(6)的压缩区段(10)中；排出区段(12)，所述排出区段具有流体出口(14)，所述流体出口尤其具有喷嘴状结构，流体可通过所述流体出口流动到所述运输工具(4)的后端；以及增压区段(16)，所述增压区段位于所述压缩区段(10)与所述排出区段(12)之间，所述阻力减小设备还包括至少一个增压装置(18)，所述至少一个增压装置布置在所述增压区段(16)中，通过所述至少一个增压装置，来自所述压缩区段(10)的流体的总压力可增大，并且流体可被引导到所述排出区段(12)，其中，所述流体引导通道(6)布置在或可定位在运输工具部件(20)中或上。

Description

运输工具的阻力减小设备和用于减小运输工具阻力的方法

技术领域

本发明涉及一种用于运输工具的阻力减小设备以及一种用于减小运输工具的阻力的方法。

背景技术

无论何时运输工具以一定速度行驶，都会产生阻力(尤其是空气动力学阻力)。所述空气动力学阻力由两个主要分量(即表面摩擦阻力和形状阻力)组成。流动分离效应(尤其是边界层的流动分离效应)占运输工具总阻力的45％。

从US9193399B2已知一种用于运输工具的阻力减小设备，所述阻力减小设备提供了主动和被动的边界层控制系统，以使边界层流保持与运输工具的部件的表面固定。

发明内容

本发明的实施例的目的在于提供一种用于运输工具的阻力减小设备以及一种用于减小运输工具的阻力的方法，通过所述方法能够进一步地减小所述阻力。

该任务通过一种用于运输工具(尤其是陆地运输工具、水上船舶或飞行器)的阻力减小设备来解决，所述阻力减小设备包括至少一个流体引导通道，所述至少一个流体引导通道具有：流体入口，流体可通过所述流体入口流动到所述流体引导通道的压缩区段中；排出区段，所述排出区段具有流体出口，所述流体出口尤其具有喷嘴状结构，流体可通过所述流体出口流动到所述运输工具的后端；以及增压(pressure build-up)区段，所述增压区段位于所述压缩区段与所述排出区段之间，所述阻力减小设备还包括至少一个增压装置，所述至少一个增压装置布置在所述增压区段中，通过所述至少一个增压装置，来自所述压缩区段的流体的总压力可增大，并且流体可被引导到所述排出区段，其中，所述流体引导通道布置在或可定位在运输工具部件中或上。

通过具有至少一个流体引导通道来把流体从所述流体入口引导到所述流体出口，可增大所述运输工具的后端中的总压力。通过在所述运输工具的后端增大这种压力，减小了所述运输工具的阻力。

通过使用所述增压装置，可进一步增大经过所述流体引导通道的流体的压力，这也增大了所述运输工具的阻力减小效果。

通过在所述运输工具部件中或上布置所述流体引导通道，所述阻力减小设备可与运输工具的无论如何都存在的部件一体化。因此，有效地使用了所述运输工具部件。

所述总压力包括静压力分量和动压力分量。在所述流体引导通道外部，总压力是恒定的。只有静压力分量和动压力分量的量在变化。

在所述流体引导通道中，总压力可由增压装置增大。

经证明，有利地，通过使用所述增压装置来引入能量，所提供的阻力减小设备使流体流加速。如此，可把能量引入到运输工具的后端的特殊区域，以减小湍流和驻点压力，使所述运输工具周围的气流顺畅，并且改善在后部的气流分离。

在所述设备的实施例中，所述压缩区段和/或所述排出区段具有漏斗(funnel)状的横截面，所述横截面中的每个在自身的与所述增压区段面对的一侧上具有最小宽度

由于所述压缩区段具有漏斗状的横截面且所述横截面中的每个在自身的与所述增压区段面对的一侧上具有最小宽度，朝所述增压装置方向流动的流体的速度增大。所述排出区段则相反，其中，流体的速度从所述增压装置朝所述流体出口方向减小。

如果所述排出区段的厚度从所述增压装置朝所述流体出口方向变得更小，在所述排出区段中从所述增压装置朝所述流体出口方向的速度减小可减小。

所述至少一个增压装置可通过任何具有用于增大流体压力的技术功能的装置来实施。如果所述至少一个增压装置包括压缩机、涡轮增压器(turbocharger)、机械增压器(supercharger)和/或指定鼓风机(designated blower)，可容易地实施所述增压装置。

进一步地，经证明，有利地，所述流体入口、所述压缩区段、所述排出区段和/或所述流体出口具有固定的横截面或可调节的横截面。

如果所述流体入口、所述压缩区段、所述排出区段和/或所述流体出口具有固定的横截面，所述设备可容易地且廉价地实施。在所述流体入口、所述压缩区段、所述排出区段和/或所述流体出口具有可调节的横截面的情况下，流体速度和总压力分量可容易地调节。

如果所述流体入口和/或所述流体出口提供了调节体(adjustment body)来至少调节所述流体的流动方向，并且/或者，如果所述流体入口和/或所述流体出口提供了驱动元件来使所述调节体从第一位置(在所述第一位置上，流体沿第一方向流动)变位到第二位置(在所述第二位置上，流体沿第二方向流动)，可容易地调节所述流体的流动。

进一步优选地，如果所述流体入口和/或所述流体出口包括至少一个开口，所述至少一个开口相对于行驶方向横向地或倾斜地对齐。

在所述流体入口包括至少一个开口且所述至少一个开口沿行驶方向对齐的情况下，在所述压缩区段中流动的流体的速度对应于所述运输工具的行驶速度。如此，所述运输工具的动能可至少部分地用于驱动所述设备。

在所述设备的进一步的实施例中，所述设备提供了边界层抽吸装置，所述边界层抽吸装置布置在所述运输工具部件的表面处或中，并且由包括多个开口的流体入口构成，所述多个开口相对于所述行驶方向横向地或倾斜地对齐。

如果所述流体入口的多个开口构成所述边界层抽吸装置，所述设备可被构成具有经减少的部件。由于所述边界层抽吸装置，在所述部件的表面周围的边界层可部分地被控制用于阻止边界层分离，从而进一步减小所述运输工具的阻力。

为了容易地控制所述流体的流动，经证明，有利地，所述流体入口和/或所述流体出口提供了至少一个闭合装置，所述至少一个闭合装置可被驱动从打开位置变到关闭位置和/或多个中间位置，在所述打开位置上，流体被许可能够流动到所述流体入口中和/或从所述流体出口流动出，在所述关闭位置上，流体被阻止流动到所述流体入口中和/或从所述流体出口流动出，在多个中间位置上，相较于所述打开位置，所述流体入口和/或所述流体出口的横截面减小。

通过提供闭合装置，可通过关闭所述闭合装置来停止所述设备的流体流动。进一步地，通过把所述关闭装置布置成处于所述中间位置，可容易地控制所述流体的流动量。

为了容易地使所述设备与所述运输工具固定，优选地，所述至少一个流体引导通道中的至少一个与所述运输工具部件不可解地(unsolvable)固定，尤其是与所述部件形成单体结构，或者与所述部件胶合、熔焊(welded)、焊料焊(soldered)和/或铆接，并且/或者，所述至少一个流体引导通道中的至少一个与所述运输工具部件可松开地固定，尤其是通过在形状上配合、通过过盈配合(force-fitted)、通过卡扣和/或通过螺接固定。

所述设备和所述运输工具部件可以是一体成型件，其中，所述流体引导通道的不同区段由所述运输工具部件的结构形成。如果所述运输工具部件通过模制成型或通过注射成型来形成，所述结构可通过注射成型程序来提供。

在所述设备(尤其是所述流体引导通道)与所述运输工具部件不可解地固定的情况下，可获得紧凑的结构。在所述流体引导通道与所述运输工具部件可松开地固定的情况下，可容易地修改或移除所述流体引导通道。

为了容易地驱动所述设备，经证明，有利地，至少一个控制单元控制至少所述驱动元件、所述闭合装置和/或所述增压装置。

因此，所述增压装置可容易地由所述控制单元控制。

进一步地，所述闭合装置和/或所述驱动元件可容易地由所述控制单元调节。

在后一实施例的进一步发展中，优选地，所述设备包括至少一个传感器，所述至少一个传感器布置在所述运输工具的后端，至少所述总压力、静压力分量和/或动压力分量可由所述至少一个传感器检测，并且所述至少一个传感器在功能上被分配(assigned)给所述控制单元。

通过检测在所述运输工具的后端的总压力、静压力分量和/或动压力分量，能够容易地把与所述运输工具的阻力有关的信息提供给所述控制单元。

在进一步的实施例中，所述控制单元包括存储装置，当驱动所述设备时，预确定或可预限定的总压力、静压力分量和/或动压力分量全部都可由所述控制单元存储在所述存储装置中和比较。因此，如果经检测到的压力过低，可增大所述增压装置的功率，以及如果经检测到的压力过高，可减小所述增压装置的功率。进一步地，所述闭合装置和/或所述调节体可被调节用于控制流动量和/或流动方向。

在所述设备的进一步的实施例中，所述设备提供了至少两个流体引导通道，所述至少两个流体引导通道布置在或可定位在同一个运输工具部件处或中或不同运输工具部件处或中。

所述至少两个流体引导通道可固定在同一个运输工具部件中或不同运输工具部件中。在所述设备的实施例中，一个流体引导通道与所述运输工具的顶部固定，并且一个流体引导通道与所述运输工具的底板(floor)固定。在进一步的实施例中，所述至少两个流体引导通道尤其是彼此平行地与同一个运输工具部件固定。

在进一步的实施例中，优选地，所述运输工具部件包括所述运输工具的顶部、所述运输工具的底板和/或侧壁，并且/或者，所述流体包括空气。

所述任务还可通过一种用于减小运输工具的阻力的方法来解决，所述方法通过使用具有上述特征中至少一项的用于运输工具的阻力减小设备来实施，并且包括以下步骤：

a.可能地，驱动打开装置从关闭位置变到打开位置或中间位置；

b.驱动增压装置以在流体出口处提供预确定或可预限定的总压力、静压力分量和/或动压力分量；

c.由传感器检测在所述运输工具的后端的总压力、静压力分量和/或动压力分量；以及

d.如果经检测到的总压力、静压力分量和/或动压力分量低于所述预确定或可预限定的总压力、静压力分量和/或动压力分量，由所述控制单元增大所述增压装置的功率，以及如果经检测到的总压力、静压力分量和/或动压力分量高于所述预确定或可预限定的总压力、静压力分量和/或动压力分量，由所述控制单元减小所述增压装置的功率。

附图说明

通过阅读下文中的阻力减小设备的优选实施例以及通过使用所述阻力减小设备了来减小阻力的方法的优选实施例的详细说明和附图，本发明的进一步的特征、细节和优点将更加清楚，在附图中：

-图1是所述设备的第一实施例的对称示意图；

-图2是沿图1中的AA线的剖视图；

-图3是根据图1的设备的俯视剖视图；

-图4是根据图1的设备的流体入口和压缩区段的细节视图；

-图5是根据图1的设备的流体出口和排出区段的细节视图；

-图6a是所述流体出口沿BB线的剖视细节图，其中调节体处于第一位置；

-图6b是所述流体出口沿BB线的剖视细节图，其中调节体处于第二位置；

-图7是所述设备的第二实施例的对称示意图；

-图8是根据本发明的方法的示意性流程图。

具体实施方式

这些附图示出了用于运输工具4的阻力减小设备2的实施例和组装零件。这些附图中所示的运输工具4包括陆地运输工具。阻力减小设备2包括至少一个流体引导通道6，所述至少一个流体引导通道具有流体入口8，流体可通过所述流体入口从所述运输工具的外部流动到所述流体引导通道6的压缩区段10中。所述流体引导通道6还包括排出区段12，所述排出区段具有流体出口14，所述流体出口尤其具有喷嘴状结构，流体可通过所述流体出口流动到运输工具6的后端。

进一步地，所述流体引导通道6包括增压区域16，所述增压区域位于压缩区段10与排出区段12之间。

设备2还包括至少一个增压装置18，所述至少一个增压装置布置在增压区段16中，通过所述至少一个增压装置，来自压缩区段10的流体的总压力可增大，并且流体可被引导到排出区段12。

如从这些附图中所示的实施例可推导出，阻力减小设备2布置在运输工具部件20中。所述运输工具部件20包括所述运输工具的顶部。

如从图1、图3、图7可推导出，压缩区段10和排出区段12包括漏斗状的横截面，所述横截面中的每个在自身的与增压区段16面对的一侧上具有最小宽度。

图2示出了设备2的沿根据图1的剖切方向AA的剖视图。如从图2可推导出，通过流体入口8进入压缩区段10的流体增大了自身的速度，这是由压缩区段10的漏斗状的横截面引起的。压缩区段10的厚度在自身的从流体入口8到增压区段16的延伸范围上几乎相等。

在流体经过增压装置18之后，所述流体的速度在排出区段12中减小，这是由排出区段12的漏斗状的横截面引起的。该效果通过沿自身的从增压区段16到流体出口14的方向减小排出区段12的厚度而减小。

从图4至图6b中的视图可推导出，流体入口8、排出区段12和流体出口14具有可调节的横截面。因此，调节体22被提供用于调节流体的流动方向。为了驱动调节体22，设备2提供了驱动元件24以使调节体22从第一位置变位到第二位置，在所述第一位置上，流体沿第一方向流动，在所述第二位置上，流体沿第二方向流动。

可从所述附图进一步推导出，流体入口8和流体出口14提供了沿行驶方向对齐的开口26。

所述附图中所示的实施例包括设备2，所述设备具有流体引导通道6，所述流体引导通道与运输工具部件20不可解地固定。

图6a和图6b示出了设备2沿根据图5的剖切方向BB的剖视图。流体出口14是喷嘴形状的，并且开口26可被增大或减小。通过增大所述开口26，所述流体的静压力增大，同时所述流体的动压力减小。

在图6a中，开口26是最大化的。在图6b中，所述开口是最小化的。

图7示出了阻力减小设备2的第二实施例。在这种实施例中，两个流体引导通道6布置在运输工具4的同一个运输工具部件20中并且彼此平行地延伸。

进一步地，所述附图中所示的实施例包括传感器28，所述传感器布置在运输工具4的后端并且可检测总压力、所述总压力的静压力分量和/或动压力分量。所述传感器28在功能上被分配给控制单元30，所述控制单元可至少控制驱动元件24以调节调节体22，并且可控制增压装置18以调节增压装置18的功率。

图8示出了根据本发明的方法的示意性流程图。同时参考图1至图7，所述方法如下所述：

在可能的步骤100中，打开装置(附图中未示出)可被驱动从关闭位置变到打开位置或中间位置，所述中间位置位于所述关闭位置与所述打开位置之间。步骤100是可实施的，但并不是必需的。在所述打开装置已处在所述中间位置上或所述打开位置上的情况下，步骤100可能并不是必需的。

通过打开所述打开装置，流体入口8被打开用于使围绕运输工具的流体流动到流体引导通道6中。所述流体首先经过压缩区段10并且增大了自身的速度，这是由压缩区段10的漏斗状的横截面引起的。在经过压缩区段10之后，所述流体到达增压区域16中。在经过增压区段16之后，所述流体经过排出区段12并且流动到流体出口14。通过流动到流体出口14外部，所述流体到达运输工具4的后端并且影响了在运输工具4的后端区域中的总压力以减小运输工具4的阻力。

在步骤101中，驱动增压装置18以在流体出口14处提供预确定或可预限定的总压力、静压力分量和/或动压力分量。因此，设备2包括传感器28，所述传感器在功能上被分配给控制单元30。

在进一步的步骤102中，在运输工具的后端，总压力、静压力分量和/或动压力分量可由传感器检测。

在另一步骤103中，如果经检测到的总压力、静压力分量和/或动压力分量低于所述预确定或可预限定的总压力、静压力分量和/或动压力分量，控制单元30增大增压装置18的功率。另一方面，如果经检测到的总压力、静压力分量和/或动压力分量高于所述预确定或可预限定的总压力、静压力分量和/或动压力分量，所述控制单元减小增压装置18的功率。

在实施本发明时，在本发明的各个实施例中，上文说明书中、权利要求书中以及附图中所公开的本发明的特征既可单独地采用也可任意组合地采用。

附图标记列表

2 阻力减小设备

4 运输工具

6 流体引导通道

8 流体入口

10 压缩区段

12 排出区段

14 流体出口

16 增压区域

18 增压装置

20 运输工具部件

22 调节体

24 驱动元件

26 开口

28 传感器

30 控制单元

100-103 方法的步骤

Claims

1.一种用于运输工具(4)的阻力减小设备(2)，所述运输工具尤其是陆地运输工具、水上船舶或飞行器，所述阻力减小设备包括至少一个流体引导通道(6)，所述至少一个流体引导通道具有：流体入口(8)，流体能够通过所述流体入口流动到所述流体引导通道(6)的压缩区段(10)中；排出区段(12)，所述排出区段具有流体出口(14)，所述流体出口尤其具有喷嘴状结构，流体能够通过所述流体出口流动到所述运输工具(4)的后端；以及增压区段(16)，所述增压区段位于所述压缩区段(10)与所述排出区段(12)之间，所述阻力减小设备还包括至少一个增压装置(18)，所述至少一个增压装置布置在所述增压区段(16)中，通过所述至少一个增压装置，来自所述压缩区段(10)的流体的总压力能够增大，并且流体能够被引导到所述排出区段(12)，其中，所述流体引导通道(6)布置在或可定位在运输工具部件(20)中或上。

2.根据权利要求1所述的阻力减小设备(2)，其中，所述压缩区段(10)和/或所述排出区段(12)具有漏斗状的横截面，所述横截面中的每个在自身的与所述增压区段(16)面对的一侧上具有最小宽度。

3.根据权利要求1或2所述的阻力减小设备(2)，其中，所述至少一个增压装置(18)包括压缩机、涡轮增压器、机械增压器和/或指定鼓风机。

4.根据上述权利要求中任一项所述的阻力减小设备(2)，其中，所述流体入口(8)、所述压缩区段(10)、所述排出区段(12)和/或所述流体出口(14)具有固定的横截面或可调节的横截面。

5.根据上述权利要求中任一项所述的阻力减小设备(2)，其中，所述流体入口(8)和/或所述流体出口(14)提供了调节体(22)，以至少调节所述流体的流动方向，并且/或者，所述流体入口(8)和/或所述流体出口(14)提供了驱动元件(24)，以使所述调节体(22)从第一位置变位到第二位置，在所述第一位置上，流体沿第一方向流动，在所述第二位置上，流体沿第二方向流动。

6.根据上述权利要求中任一项所述的阻力减小设备(2)，其中，所述流体入口(8)和/或所述流体出口(14)包括至少一个开口(26)，所述至少一个开口相对于行驶方向横向地或倾斜地对齐。

7.根据权利要求6所述的阻力减小设备(2)，所述阻力减小设备具有边界层抽吸装置，所述边界层抽吸装置布置在所述运输工具部件(20)的表面处或中，并且由包括多个开口(26)的流体入口(8)构成，所述多个开口相对于所述行驶方向横向地或倾斜地对齐。

8.根据上述权利要求中任一项所述的阻力减小设备(2)，其中，所述流体入口(8)和/或所述流体出口(14)提供了至少一个闭合装置，所述至少一个闭合装置能够被驱动从打开位置变到关闭位置和/或多个中间位置，在所述打开位置上，流体被许可能够流动到所述流体入口(8)中和/或从所述流体出口(14)流动出，在所述关闭位置上，流体被阻止流动到所述流体入口(8)中和/或从所述流体出口(14)流动出，在多个中间位置上，相较于所述打开位置，所述流体入口(8)和/或所述流体出口(14)的横截面减小。

9.根据上述权利要求中任一项所述的阻力减小设备(2)，其中，所述至少一个流体引导通道(6)中的至少一个与所述运输工具部件(20)不可解地固定，尤其是与所述运输工具部件形成单体结构，或者与所述运输工具部件胶合、熔焊、焊料焊和/或铆接，并且/或者，所述至少一个流体引导通道(6)中的至少一个与所述运输工具部件(20)可松开地固定，尤其是通过在形状上配合、通过过盈配合、通过卡扣和/或通过螺接固定。

10.根据上述权利要求中任一项所述的阻力减小设备(2)，所述阻力减小设备具有至少一个控制单元(30)，以至少控制所述驱动元件(24)、所述闭合装置和/或所述增压装置(18)。

11.根据权利要求10所述的阻力减小设备(2)，所述阻力减小设备具有至少一个传感器(28)，所述至少一个传感器布置在所述运输工具(4)的后端，至少所述总压力、静压力分量和/或动压力分量能够由所述至少一个传感器检测，并且所述至少一个传感器在功能上被分配给所述控制单元(30)。

12.根据上述权利要求中任一项所述的阻力减小设备(2)，所述阻力减小设备具有至少两个流体引导通道(6)，所述至少两个流体引导通道布置在或可定位在同一个运输工具部件处或中或不同运输工具部件(20)处或中。

13.根据上述权利要求中任一项所述的阻力减小设备(2)，其中，所述运输工具部件(20)包括所述运输工具(4)的顶部、所述运输工具(4)的底板和/或侧壁，并且/或者，所述流体包括空气。

14.一种通过使用根据权利要求1至12中任一项所述的用于运输工具(4)的阻力减小设备(2)来减小所述运输工具的阻力的方法(4)，所述方法包括以下步骤：

b.驱动增压装置(18)以在流体出口(14)处提供预确定或可预限定的总压力、静压力分量和/或动压力分量；

c.由传感器(28)检测在所述运输工具(4)的后端的总压力、静压力分量和/或动压力分量；以及

d.当经检测到的总压力、静压力分量和/或动压力分量低于所述预确定或可预限定的总压力、静压力分量和/或动压力分量时，由所述控制单元(30)增大所述增压装置(18)的功率，以及当经检测到的总压力、静压力分量和/或动压力分量高于所述预确定或可预限定的总压力、静压力分量和/或动压力分量时，由所述控制单元(30)减小所述增压装置(18)的功率。