CN203743140U - 一种减阻肋条 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提出了一种新型减阻肋条，在传统的肋条顶点尖角处增加一段刀刃型肋条，结合刀刃型肋条减阻性能高、不受加工圆角影响的优点，亦能考虑到加工难度、提高结构强度。通过合理选择肋条截面的尺寸参数（肋条高度，夹角，刀刃厚度、高度等），影响边界层流动结构（增加黏性底层厚度、限制流向涡的展向运动等），从而实现减阻目的，可用于减少飞行器、水下航行器以及地面交通工具的表面摩擦阻力，具有广泛的应用前景。
Description
技术领域
本实用新型涉及到一种改进的肋条减阻装置，通过将其应用于绕流物体表面以改变边界层流动达到降低摩阻的效果，可应用于航空、航天、航海、地面交通以及管道内流等领域。
背景技术
肋条技术来源于鲨鱼盾鳞肋条结构，这种仿生结构已经被大量的研究工作证明具有很强的实用性和良好的减阻效果。现有技术中认为具有减阻效应的肋条必须具有锐利的峰脊且间距与低速条带间距存在某种关系，即，当h+≤25和s+≤30（见图1，h为肋条高度，s为肋条间距，υ是运动粘度，uτ是摩擦速度，τw是壁面剪切应力，ρ为流体介质密度，上标“+”表示以壁面单位无量纲化的参数，下同）时具有减阻特性，s+=h+=15,减阻达到最大值为8%。通过对不同截面的肋条(包括三角形、矩形、V形、半圆形等)进行实验可以发现具有最佳减阻特性的是三角截面肋条。对刃形、V字形和梯形肋条（见图1）进行实验对比，表明刃形具有最高的减阻效率，可减阻9.9%，其次是梯形肋条，减阻8.2%，V字形只有5.1％。
传统三角截面肋条减阻效果有限且易受峰脊圆角的影响，刃型肋条虽减阻效果较优，不受肋尖加工圆角的影响，但厚度如此薄的肋条（t=0.02s）难以加工、结构强度不佳，实际应用中易破坏。现有技术中的上述肋条结构严重限制了肋条减阻技术的实际应用。
发明内容
考虑到现有技术的优点和不足之处，本实用新型提出了一种新的减阻肋条，其创新之处在于结合传统三角肋条稳定性方面的优点，和刀刃肋条的优秀减阻性能及不受肋尖顶点圆角影响的优势，在三角截面肋尖处增加一段刀刃肋条，结合刀刃型肋条减阻性能高、不受加工圆角影响的优点，亦考虑到加工难度、保证结构强度的因素，将肋条结构通过合理的方式顺流向布置在绕流物体表面（如机翼等），通过合理选择肋条截面的尺寸参数（肋条高度，夹角，刀刃厚度、高度等），进而影响边界层流动结构（增加黏性底层厚度、限制流向涡的展向运动），增强其减阻效果。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案：一种减阻肋条，包括基底、肋条波峰和肋条波谷，顺流向布置在绕流物体表面，其特征在于，相邻两所述肋条波峰之间的空间部分形成肋条波谷，每一所述肋条波峰包括两侧壁和一顶部突起，所述顶部突起为一沿着所述两侧壁的顶点边缘线垂直于基底平面向上拉伸的柱状突起，该柱状突起的顶部为一平面，所述两侧壁与所述基底平面的夹角基本相同，所述柱状突起的横截面基本呈矩形；所述肋条波峰和肋条波谷的设置方向与所述绕流物体表面的流体方向基本相同。
优选地，所述顶部突起的顶点边缘线加工有过渡圆角或过渡倒角。
优选地，所述肋条波谷的底面为平坦结构。
优选地，所述肋条波谷为V型结构。
优选地，每一所述肋条波峰的两侧壁之间的夹角约为60°。
优选地，所述肋条波谷的两侧壁之间的夹角约为60°。
优选地，所述肋条间距s和肋条高度h与壁面流向涡结构尺度同量级，一般约为15个壁面尺度,。
优选地，所述顶部突起的厚度t一般约为0.3个壁面尺度。
优选地，所述顶部突起的高度和肋条高度h的比值约为0.1-0.5。
优选地，本实用新型的减阻肋条，可应用于飞机机身、机翼、襟翼等。
优选地，本实用新型的减阻肋条，可应用于船体、潜艇等。
优选地，本实用新型的减阻肋条，可应用于流体管道的内表面。
优选地，本实用新型的减阻肋条，可通过粘接的方式与绕流物体表面固联。
优选地，本实用新型的减阻肋条，可通过在绕流物体表面直接加工的方式形成。
本实用新型所述壁面尺度为υ/uτ，υ是流体介质的运动粘度，是摩擦速度，ρ为流体介质密度,τw是壁面剪切应力。
本实用新型的减阻肋条为一种新型的肋条减阻技术，相比于传统的减阻肋条具有突出的优点：结合了传统三角肋条稳定性方面的优点和刀刃肋条的优秀减阻性能及不受肋尖顶点圆角影响的优势，在三角截面肋尖处增加一段刀刃肋条，结合刀刃型肋条减阻性能高、不受加工圆角影响的优点，亦考虑到加工难度、保证结构强度的因素，将肋条结构通过合理的方式顺流向布置在绕流物体表面（如机翼等），通过合理选择肋条截面的尺寸参数（肋条高度，夹角，刀刃厚度、高度等），进而影响边界层流动结构（增加黏性底层厚度、限制流向涡的展向运动），增强其减阻效果。
附图说明
图1为常规肋条截面示意图，其中图1a为V形截面的常规肋条，图1b为梯形截面的常规肋条，图1c为刃形截面的常规肋条；
图2为本实用新型的减阻肋条垂直于流向的截面示意图，其肋条波谷为V型结构；
图3为本实用新型的减阻肋条垂直于流向的截面示意图，其肋条波谷的底面为平坦结构；
图4为本实用新型的减阻肋条之轴视图，其肋条波谷为V型结构；
图5为本实用新型的减阻肋条之轴视图，其肋条波谷的底面为平坦结构；
图6为本实用新型的减阻肋条粘附于绕流物体表面的示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本实用新型做进一步的详细说明，以下实施例是对本实用新型的解释而本实用新型并不局限于以下实施例。
如图2至图5所示，本实用新型的减阻肋条，包括基底1、肋条波峰2和肋条波谷3，顺流向布置在绕流物体表面，相邻两所述肋条波峰1之间的空间部分形成肋条波谷2，每一所述肋条波峰1包括两侧壁11和一顶部突起12，所述顶部突起12为一沿着所述两侧壁11的顶点边缘线垂直于基底平面1向上拉伸的柱状突起，该柱状突起的顶部为一平面，所述两侧壁11与所述基底平面1的夹角基本相同，所述柱状突起的横截面基本呈矩形；所述肋条波峰2和肋条波谷3的设置方向与所述绕流物体表面的流体方向基本相同，且肋条间距s和肋条高度h与所述绕流物体表面的流向涡结构尺度基本为同一量级，其中，所述肋条间距s是指相邻两所述肋条波峰2之间的距离，所述肋条高度h是指从所述基底平面1到所述顶部突起12的顶部平面之间的距离。
优选地，所述顶部突起12的顶点边缘线可以加工有过渡圆角或过渡倒角。优选地，所述肋条波谷3的底面为平坦结构或V型结构。
优选地，每一所述肋条波峰的两侧壁之间的夹角约为60°。优选地，所述肋条波谷的两侧壁之间的夹角为约60°。
优选地，所述肋条间距s和肋条高度h与壁面流向涡结构尺度同量级，一般约为15个壁面尺度。优选地，所述顶部突起的厚度t一般约为0.3个壁面尺度。优选地，所述顶部突起的高度和肋条高度h的比值约为0.1-0.5。
优选地，本实用新型的减阻肋条，可应用于飞机机身、机翼、襟翼等，或应用于船体、潜艇等，或应用于流体管道的内表面。优选地，本实用新型的减阻肋条，可通过粘接的方式与绕流物体表面固联，或通过在绕流物体表面直接加工的方式形成。
如图6所示，本实用新型的减阻肋条可以制成柔性薄膜粘附于绕流物体表面。气流流经绕流物体表面上布置的顺流向的肋条，因肋条结构增加了附面层粘性底层的厚度，减小了壁面上的平均速度梯度，肋条尖峰阻碍了由湍流运动引起的瞬时横向流动的发生，减弱了近壁湍流动量的输运，使肋条表面的摩擦阻力减小。
此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同。凡依本实用新型专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本实用新型专利的保护范围内。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本实用新型的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本实用新型的保护范围。
Claims (8)
1.一种减阻肋条，包括基底、肋条波峰和肋条波谷，顺流向布置在绕流物体表面，其特征在于，相邻两所述肋条波峰之间的空间部分形成肋条波谷，每一所述肋条波峰包括两侧壁和一顶部突起，所述顶部突起为一沿着所述两侧壁的顶点边缘线垂直于基底平面向上拉伸的柱状突起，该柱状突起的顶部为一平面，所述两侧壁与所述基底平面的夹角基本相同，所述柱状突起的横截面基本呈矩形；所述肋条波峰和肋条波谷的设置方向与所述绕流物体表面的流体方向基本相同。
2.根据权利要求1所述的减阻肋条，其特征是，所述顶部突起的顶点边缘线加工有过渡圆角或过渡倒角。
3.根据权利要求1所述的减阻肋条，其特征是，所述肋条波谷的底面为平坦结构。
4.根据权利要求1所述的减阻肋条，其特征是，所述肋条波谷为V型结构。
5.根据权利要求1所述的减阻肋条，其特征是，每一所述肋条波峰的两侧壁之
间的夹角约为60°。
6.根据权利要求1所述的减阻肋条，其特征是，所述肋条波谷的两侧壁之间的夹角约为60°。
7.根据权利要求1所述的减阻肋条，其特征是，所述顶部突起的厚度约为0.3个壁面尺度,所述壁面尺度为υ/uτ，υ是流体介质的运动粘度，是摩擦速度，ρ为流体介质密度,τw是壁面剪切应力。
8.根据权利要求1所述的减阻肋条，其特征是，所述顶部突起的高度和肋条高度的比值约为0.1-0.5。
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| CN201420077125.XU CN203743140U (zh) | 2014-02-23 | 2014-02-23 | 一种减阻肋条 |
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Publications (1)
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| CN203743140U true CN203743140U (zh) | 2014-07-30 |
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| CN (1) | CN203743140U (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108662020A (zh) * | 2018-05-15 | 2018-10-16 | 西北工业大学 | 一种基于Taylor涡调控的液体润滑转轴减阻方法 |
| CN111649033A (zh) * | 2020-05-26 | 2020-09-11 | 北京航空航天大学 | 一种基于边界涡串减阻的管道及其应用 |
| CN114810742A (zh) * | 2022-04-25 | 2022-07-29 | 北京航空航天大学 | 一种多尺度流动控制的减摩阻装置及制造方法 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20140730 Termination date: 20200223 |