DE1111049B

DE1111049B - Device to achieve a laminar boundary layer

Info

Publication number: DE1111049B
Application number: DEC19492A
Authority: DE
Inventors: Max Otto Kramer
Original assignee: Coleman Kramer Inc
Current assignee: Coleman Kramer Inc
Priority date: 1959-07-28
Filing date: 1959-07-28
Publication date: 1961-07-13

Description

Vorrichtung, um eine Iaminare Grenzschicht zu erreichen Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung, um eine laminare, Grenzschicht auf der Oberfläche eines festen, von einem Medium umströmten Körpers zu erreichen, die ohne diese Vorrichtung turbulent sein würde, mittels eines auf den festen Körper aufgebrachten elastischen Überzuges, so daß der Widerstand verringert wird, der normalerweise durch die Turbulenz im Strömungsmedium an der starren Oberfläche auftritt.Apparatus to achieve a laminar boundary layer. The invention refers to a device to create a laminar, boundary layer on the surface of a solid body around which a medium flows without this device would be turbulent, by means of an elastic applied to the solid body Coating, so that the drag is reduced, which is normally caused by the turbulence occurs in the flow medium on the rigid surface.

Studien haben gezeigt, daß dort, wo eine Bewegung zwischen einem strömenden Medium und einer starren Grenzschicht stattfindet,' z. B. an dem Rumpf eines Schiffes, der Wandung eines Rohres oder Leitung oder der umströmten Oberfläche eines Flugzeuges, in dem Medium vorhandene innere Reibungskräfte ein Anhaften der strömenden Teilchen an der starren Grenzschicht bewirken. Durch die Wirkung der viskosen Kräfte ist dabei eine Geschwindigkeitsänderung gegeben, so daß die Relativbewegung in der Berührungsebene zwischen der starren Fläche und dem Strömungsmedium selbst praktisch Null ist, Der Bereich, in welchem sich der Übergang zwischen den Geschwindigkeiten der starren Fläche und dem Medium vollzieht, ist als »Grenzschicht« bekannt, deren Ausbildung einen erheblichen Teil des Bewegungswiderstandes hervorruft. Dieser Widerstand, als »Oberflächenreibung« oder »Reibungswiderstand« bekannt, beträgt bis zu 90,1/o des gesamten Bewegungswiderstundes.Studies have shown that where there is movement between a flowing Medium and a rigid boundary layer takes place, 'z. B. on the hull of a ship, the wall of a pipe or line or the surface of an aircraft around which the air flows, Internal frictional forces present in the medium cause adherence of the flowing particles cause at the rigid boundary layer. By the action of viscous forces it is while a speed change is given, so that the relative movement in the plane of contact between the rigid surface and the flow medium itself is practically zero, The Area in which the transition between the speeds of the rigid The surface and the medium is known as the »boundary layer«, its formation causes a considerable part of the resistance to movement. This resistance known as "surface friction" or "frictional drag" is up to 90.1 / o of the total resistance to movement.

Es ist bekannt, daß die Strömungseigenschaften der Grenzschicht in einem direkten Verhältnis zur Größe der Oberflächenreibung oder des Strömungswiderstandes einer starren Fläche in einem strömenden Medium stehen.It is known that the flow properties of the boundary layer in a direct relationship to the size of the surface friction or the flow resistance stand on a rigid surface in a flowing medium.

Unterhalb der kritischen Reynoldschen Zahl ist z. B. die Strömung über einer ebenen Platte durch einen annähernd linearen Anstieg der Geschwindigkeit von der Berührungsfläche, zur Geschwindigkeit des freien Stromes in der Grenzschicht charakterisiert. Es herrscht »wirbelfreie Strömung«. Oberhalb der kritischen Reynoldschen Zahl wird jedoch die Flüssigkeitsbewegung in der Grenzschicht sehr schnell turbulent. Wenn die Berührungsfläche zwischen einem sich bewegenden Körper und einer angrenzenden Flüssigkeit eine glatte feste Fläche ist, so fällt der Übergang von einer Strömung mit unterkritischer Reynoldscher Zahl zu einer mit überkritischer Reynoldscher Zahl genau mit dem Übergang von wirbelfreier zu turbulenter Strömung in der Grenzschicht zusammen.Below the critical Reynolds number z. B. the current over a flat plate by an almost linear increase in speed from the contact surface, to the speed of the free flow in the boundary layer characterized. There is a "vortex-free flow". Above the critical Reynolds However, the fluid movement in the boundary layer becomes turbulent very quickly. When the interface between a moving body and an adjacent one If a liquid is a smooth solid surface, the transition from a flow falls with a subcritical Reynold's number to one with a supercritical Reynold's number exactly with the transition from eddy-free to turbulent flow in the boundary layer together.

Es ist seit langem bekannt, daß durch eine Anordnung, durch die die wirbelfreie Grenzschichtströmung auch bei überkritischen Reynoldschen Zahlen aufrechterhalten wird, infolge der sich dadurch ergebenden Verringerung des Reibungswiderstandes nicht nur eine Anzahl von lange bestehenden Schwierigkeiten bei der Konstruktion und dem Antrieb dieser Fahrzeuge verringert würden, sondern sich durch die Verminderung des Kraftaufwandes und eine mögliche Erhöhung der Geschwindigkeit auch wesentliche wirtschaftliche Vorteile ergeben würden. Wenn außerdem diese Anordnung an den Innenflächen von Rohren und Leitungen angebracht werden könnte, würde die Wirtschaftlichkeit der Förderung von strömenden Stoffen über große Entfernungen erheblich verbessert. Ein weiterer im Seekrieg äußerst wichtiger Vorteil würde durch die Aufrechterhaltung der wirbelfreien Strömung bei überkritischen Reynoldschen Zahlen dadurch gewonnen, daß das durch Unterseeboote erzeugte Strömungsgeräusch vermieden würde. Das sich der Frequenzbereich der Turbulenz über den akustischen Bereich von annähernd 10 bis 10 000 Hz erstreckt, kann die Aufrechterhaltung der wirbelfreien Strömung im Unterseebootkrieg von entscheidender Bedeutung sein.It has long been known that an arrangement by which eddy-free boundary layer flow is maintained even at supercritical Reynolds numbers would not only reduce a number of long-standing difficulties in the construction and propulsion of these vehicles as a result of the resulting reduction in frictional drag , but the reduction of the effort and a possible increase in speed would also result in significant economic advantages. In addition, if this arrangement could be applied to the interior surfaces of pipes and conduits, the economics of moving fluids over long distances would be greatly improved. Another extremely important advantage in naval warfare would be to maintain eddy-free flow at supercritical Reynolds numbers by avoiding the flow noise generated by submarines. Since the frequency range of the turbulence extends over the acoustic range of approximately 10 to 10,000 Hz, the maintenance of the vortex-free flow in submarine warfare can be of crucial importance.

Es wurde bereits vorgeschlagen, einen Teil der Grenzschicht an der Tragfläche eines Flugzeuges durch Absaugen an einer Reihe von Punkten abzuziehen, wodurch bei hoher Geschwindigkeit eine dünnere und stabilere wirbelfreie Grenzschicht entsteht. Die Absaugporen müssen aber, um eine glatte Oberfläche zu erhalten, außerordentlich klein sein, und solch feine Poren verstopfen sich sehr leicht. Staub oder Regen z. B. können den Ausgleich völlig aufheben. Ein weiterer Nachteil ist, daß zur Ausübung der Saugwirkung eine ständig wirkende Kraft erforderlich ist.It has already been suggested to part of the boundary layer at the Remove the wing of an aircraft by suction at a number of points, creating a thinner and more stable eddy-free boundary layer at high speed arises. The suction pores must, however, be extraordinary in order to obtain a smooth surface be small, and such fine pores become clogged very easily. dust or rain z. B. can cancel the compensation entirely. Another disadvantage is that a constantly acting force is required to exercise the suction.

Ein anderer Behelf ist die Konstruktion »wirbelfreier Profile«, die eine solche Druckverteilung erreichen, daß eine wirbelfreie Strömung begünstigt wird. Diese Lösung ist jedoch nur begrenzt wirksam und nur auf Flächen mit negativem Druckverlauf und nur in einem begrenzten Teil des gesamten Bereiches der Reynoldschen Zahlen anwendbar. Ein weiterer wesentlicher Nachteil ist, daß die wirbelfreie Strömung durch kleine Oberflächenunregelmäßigkeiten oder durch Wirbelbildung in der Umgebung gestört wird.Another workaround is the construction of "eddy-free profiles", the achieve such a pressure distribution that a vortex-free flow favors will. However, this solution is only effective to a limited extent and only on surfaces with negative Pressure curve and only in a limited part of the entire Reynolds area Numbers applicable. Another major disadvantage is that the vortex-free flow by small surface irregularities or by vortex formation in the environment is disturbed.

Es ist bekannt, daß die Strömungseigenschaften eines sich entlang einer starren Oberfläche bewegenden Strömungsmediums durch eine auf Druck federnd ansprechende Ausbildung der Oberfläche beeinflußt werden können, durch die die Druckschwankungen in der Grenzschicht gedämpft oder abgeschwächt werden. Durch eine solche auf Druck federnd ansprechende Deckschicht wird eine Absorption oder Verteilung der turbulenten Anteile der Energie der Grenzschicht bewirkt.It is known that the flow properties of one are along a rigid surface moving flow medium by a resilient on pressure Appealing design of the surface can be influenced by which the pressure fluctuations be attenuated or weakened in the boundary layer. By such on pressure resiliently responsive top layer is an absorption or distribution of the turbulent Caused proportions of the energy of the boundary layer.

Wenn die Reynoldsche Zahl aus dem Bereich wirbelfreier Strömung in den Bereich des überganges zur turbulenten Strömung ansteigt, wird das dynamische Gleichgewicht der Grenzschicht zunehmend empfindlicher gegen periodisch auftretende Störungen mit speziflschen Frequenzen. Mit zunehmender Reynoldscher Zahl, entweder mit in Längsrichtung des Körpers zunehmender Entfernung vom Bug oder der Vorderkante des starren Körpers, oder mit Zunahme der Strömungsgeschwindigkeit wird ein kritischer Punkt an der Stelle erreicht, wo selbst die geringste Störung genügt, um veränderliche Schwingungen der Grenzschicht auszulösen, die sich sehr schnell in eine starke Turbulenz der Strömung umwandeln.If the Reynolds number is from the area of eddy-free flow in the area of transition to turbulent flow increases, it becomes dynamic Equilibrium of the boundary layer increasingly sensitive to periodically occurring Disturbances with specific frequencies. With increasing Reynolds number, either with increasing distance in the longitudinal direction of the body from the bow or the leading edge of the rigid body, or as the flow velocity increases, becomes a critical one Point reached at the point where even the slightest disturbance is enough to make changeable Vibrations of the boundary layer trigger, which very quickly turn into a strong turbulence convert the flow.

Die federnd nachgebende Deckschicht, die direkt auf Druckschwingungen in der Grenzschicht bei der kritischen Reynoldschen Zahl anspricht, wirkt diesen Schwingungen entgegen und bildet ein Medium, in welchem ein bedeutender Teil dieser Schwingungsenergie vernichtet wird. Auf diese Weise erhöht diese erflndungsgemäße Deckschicht die kritische Reynoldsche Zahl und verzögert dementsprechend das Auftreten der Turbulenz.The resiliently yielding top layer that reacts directly to pressure oscillations responds in the boundary layer at the critical Reynolds number, this acts Against vibrations and forms a medium in which a significant part of this Vibration energy is destroyed. This increases this according to the invention Cover layer the critical Reynolds number and accordingly delays the occurrence the turbulence.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, bereits bekannte Vorrichtungen dieser Art zu verbessern. Dies wird erreicht durch eine federnd nachgebende Deckschicht, eine Grundschicht zur Befestigung auf der Oberfläche des Körpers, wobei die Deckschicht auf örtliche Druckschwankungen im Strömungsmedium durch Durchbiegung anspricht, und ferner durch zwischen der Grundschicht und der außenliegenden Deckschicht im wesentlichen gleichförmig verteilte Mittel, um die Ansprechbewegung der Deckschicht zu dämpfen. Die außenliegende Deckschicht kann aus einer Membran aus federnd nachgiebigem Material bestehen. Als Dämpfungsmittel kann eine zwischen der Grundschicht und der Membran eingeschlossene, für diese Zwecke bereits vorgeschlagene Flüssigkeit dienen. Die Membran wird vorzugsweise von der Grundschicht durch eine für diese Zwecke bereits vorgeschlagene Vielzahl von im wesentlichen gleichmäßig verteilten Warzen aus federndem Material in Abstand gehalten. Weiter sind vorzugsweise Mittel vorgesehen, um die Dä#mpfungsflüssigkeit in einer Vielzahl von einzelnen Hohlräumen einzuschließen, wobei diese Mittel einen Druckausgleich zwischen den einzelnen Hohlräumen ermöglichen, abereinenFlüssigkeitsaustausch verhindern. Die Hohlräume können durch eine Anzahl von längsgestreckten im wesentlichen parallel zur Richtung - der Relativbewegung zwischen dem Körper und dem umgebenden Medium verlaufenden Längswänden gebildet werden und eine Vielzahl von auf Druck ansprechenden Querwänden diese Längswände miteinander verbinden. Die Abstützung der Membran kann durch diese Wände erfolgen, und die Wände können aus einem federnd nachgiebigem Werkstoff und mit geknickter Querschnittsfonn hergestellt sein, derart, daß sie auf eine Druckeinwirkung auf die Membran eine größere Durchbiegung erfahren als durch Druckerhöhung in einem Hohlraum. Vorzugsweise entspricht die Länge jedes Hohlraumes mindestens der Hälfte der Wellenlänge der durch die Relativbewegung zwischen dem Körper und dem umströmenden Medium bei der kleinsten Reynoldschen Zahl, bei der die Vorrichtung verwendet wird, erregten Druckwellen in der Grenzschicht, wobei die Reynoldsche Zahl durch die Gleichung R = U.L be-V stimmt ist, in der R die Reynoldsche Zahl, U die Minimalgeschwindigkeit, bei der die Abdeckung die laminare Strömung aufrechterhalten soll, L die Länge des Körpers, auf dem die Abdeckung angebracht ist, und Y die kinematische Viskosität des umgebenden Mediums ist. Dabei kann die Flüssigkeit in den Hohlräumen eine größere Viskosität als das umgebende Medium aufweisen und die Membran undurchlässig sein. Vorzugsweise verlaufen die Stützmittel für die Membran von der Grundschicht bis zur Membran und weisen eine Vielzahl von Durchlässen auf. Das eingeschlossene Dämpfungsmedium kann im wesentlichen die gleichen Merkmale wie das außerhalb der Vorrichtung befindliche strömende Medium aufweisen und die Membran etwas durchlässig sein.It is the object of the invention to improve already known devices of this type. This is achieved by a resiliently yielding cover layer, a base layer for attachment to the surface of the body, the cover layer responding to local pressure fluctuations in the flow medium by deflection, and further by means, which are essentially uniformly distributed between the base layer and the outer cover layer, to prevent the response movement to dampen the top layer. The outer cover layer can consist of a membrane made of resiliently flexible material. A liquid which has already been proposed for these purposes and enclosed between the base layer and the membrane can serve as the damping means. The membrane is preferably kept at a distance from the base layer by a plurality of substantially uniformly distributed lugs made of resilient material, which has already been proposed for this purpose. Furthermore, means are preferably provided to enclose the damping liquid in a multiplicity of individual cavities, these means enabling pressure equalization between the individual cavities, but preventing an exchange of liquid. The cavities can be by a number of elongated substantially parallel to the direction - extending longitudinal walls are of the relative movement between the body and the surrounding medium and formed of pressure responsive transverse walls, these longitudinal walls connect a plurality together. The support of the membrane can take place through these walls, and the walls can be made of a resilient material and with a kinked cross-sectional shape such that they undergo greater deflection when pressure is applied to the membrane than when the pressure is increased in a cavity. The length of each cavity preferably corresponds to at least half the wavelength of the pressure waves in the boundary layer caused by the relative movement between the body and the medium flowing around with the smallest Reynolds number for which the device is used, the Reynolds number being given by the equation R = UL is determined, in which R is Reynolds number, U is the minimum speed at which the cover should maintain the laminar flow, L is the length of the body on which the cover is attached, and Y is the kinematic viscosity of the surrounding medium . The liquid in the cavities can have a greater viscosity than the surrounding medium and the membrane can be impermeable. The support means for the membrane preferably run from the base layer to the membrane and have a large number of passages. The enclosed damping medium can have essentially the same characteristics as the flowing medium located outside the device and the membrane can be somewhat permeable.

Dabei können die Stützmittel aus federnd nachgiebigem Werkstoff derart hergestellt sein, daß sie eine Durchbiegung der Membran sowohl an den Berührungspunkten mit den Stützmitteln wie auch zwischen diesen Berührungspunkten ermöglichen.The support means can be made of resilient material in this way be made so that it deflects the membrane both at the points of contact with the support means as well as between these points of contact.

Vorzugsweise werden flüssigkeitsgefüllte Hohlräume mit relativ kleinen Querschnittsabmessungen in dem äußeren Bereich verwendet, d. h in der Nähe der flexiblen Deckschicht und durch flüssigkeitsgefüllte Hohlräume mit relativ großen Querschnittsabmessungen in dem inneren Bereich, wobei jeder der relativ großen Hohlräume in Druckausgleichverbindung mit einer Anzahl der kleineren Hohlräume steht. Dabei kann die außenliegende Deckschicht eine unter Zugspannung stehende gedehnte Membran sein, und die relativ großen flüssigkeitsgefüllten Hohlräume können durch einen Druckausgleich zwischen ihnen ermöglichende flexible Wände voneinander getrennt sein. Es kann auch eine schaumförmige Schicht aus federnd nachgiebigem Werkstoff zwischen der Membran und den Stützmitteln vorgesehen sein, wobei innerhalb der Schicht von schaumförinigem, federnd nachgiebigem Material eine Lochplatte vorgesehen sein kann, und im Bereich der Innenseite der Lochplatte flexible Wände vorgesehen sein können, die die eingeschlossene Dämpfungsflüssigkeit in eine Anzahl von Hohlräumen derart abteilen, daß eine direkte Strömung von Abschnitt zu Abschnitt verhindert wird, ein Schwingungsdruckausgleich von Abschnitt zu Abschnitt jedoch möglich ist.Preferably, liquid-filled cavities with relatively small cross-sectional dimensions are used in the outer region, i.e. h in the vicinity of the flexible cover layer and through liquid-filled cavities of relatively large cross-sectional dimensions in the inner region, each of the relatively large cavities being in pressure equalization communication with a number of the smaller cavities. The outer cover layer can be a stretched membrane under tensile stress, and the relatively large fluid-filled cavities can be separated from one another by flexible walls that allow pressure equalization between them. A foam-like layer of resiliently flexible material can also be provided between the membrane and the support means, with a perforated plate being provided within the layer of foam-like, resiliently resilient material, and flexible walls which can be provided in the area of the inside of the perforated plate Divide enclosed damping fluid in a number of cavities in such a way that a direct flow from section to section is prevented, but a vibration pressure equalization from section to section is possible.

An Hand der Zeichnungen wird die Erfindung an Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den Zeichnungen ist Fig. 1 eine Teilansicht einer Mehrschichten-Deckschicht gemäß der Erfindung, wobei die aufeinanderfolgenden Schichten in einem Schrägschnitt gezeigt sind, Fig. 2 ein Querschnitt im vergrößerten Maßstab entlang der Linie 2-2 in Fig. 1, Fig. 3 eine Teilansicht einer anderen Ausführungsform gemäß der Erfindung, wobei die aufeinanderfolgenden Schichten in einem Schrägschnitt gezeigt sind, Fig. 4 zeigt einen Querschnitt entlang der Linie 4-4 in Fig. 3; Fig. 5 zeigt einen Schnitt durch die einzelnen Teile eitler dritten Ausführungsfonn gemäß der Erfindung, wobei die Teile fertig zum Zusammenbau voneinander getrennt dargestellt sind; Fig. 6 ist eine Schnittansicht ähnlich Fig. 5, die die Einzelteile gemäß Fig. 5 zu einer Mehrschichten-Deckschicht zusammengefügt zeigt; Fig. 7 ist eine Teilansicht der Deckschicht gemäß Fig. 6, wobei die aufeinanderfolgenden Schichten geschnitten dargestellt sind; Fig. 8 ist eine graphische Darstellung der Ergebnisse verschiedener Versuche und zeigt die relative Erhöhung der kritischen Reynoldschen Zahl als Funktion des spezifischen Widerstandes der Dämpfungsauflage; Fig. 9 zeigt schematisch einen Querschnitt durch eine andere Mehrschichten-Deckschicht gemäß der Erfindung, die in einem Prüfverfahren angewendet wurde; Fig. 10 ist eine ähnliche Ansicht wie Fig. 9 und zeigt eine Abwandlungsforin der Mehrschichten-Deckschicht gemäß der Erfindung; Fig. 11 ist eine Teilansicht der Deckschicht gemäß Fig. 10, wobei die aufeinanderfolgenden Schichten durch einen Schrägschnitt sichtbar gemacht sind; Fig. 12 ist eine Schrägansicht auf einen Ausschnitt aus einem zusammengesetzten Werkstoff, der die erfindungsgemäßen Prinzipien verkörpert und sich für vereinfachte Herstellungsverfahren eignet; Fig. 13 zeigt einen Querschnitt in vergrößertem Maßstab entlang der Linie 13-13 in Fig. 12; Fig. 14 zeigt einen Querschnitt im vergrößerten Maßstab entlang der Linie 14-14 in Fig. 12; Fig. 15 ist eine schematische Darstellung, die die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf ein Unterseeboot zeigt; Fig. 16 zeigt schematisch das Verhalten eines einzelnen Elementes einer Deckschicht gemäß der Erfindung beim Durchgang einer einzelnen Druckwelle.The invention is explained in more detail using exemplary embodiments with reference to the drawings. In the drawings, FIG. 1 is a partial view of a multilayer cover sheet according to the invention, the successive layers being shown in an oblique section, FIG. 2 a cross-section on an enlarged scale along the line 2-2 in FIG. 1, FIG. 3 a Partial view of another embodiment according to the invention, the successive layers being shown in an oblique section, Fig. 4 shows a cross section along the line 4-4 in Fig. 3; 5 shows a section through the individual parts of a third embodiment according to the invention, the parts being shown separated from one another ready for assembly; FIG. 6 is a sectional view similar to FIG. 5, showing the individual parts according to FIG. 5 assembled to form a multilayer cover layer; FIG. 7 is a partial view of the cover layer according to FIG. 6, the successive layers being shown in section; FIG. Fig. 8 is a graph of the results of various tests showing the relative increase in the critical Reynolds number as a function of the resistivity of the cushion pad; 9 shows schematically a cross section through another multilayer cover layer according to the invention, which was used in a test method; Fig. 10 is a view similar to Fig. 9 showing a modification of the multilayer cover sheet according to the invention; 11 is a partial view of the cover layer according to FIG. 10, the successive layers being made visible by an oblique section; 12 is an oblique view of a section of a composite material which embodies the principles of the invention and is suitable for simplified manufacturing processes; Figure 13 is a cross-section, on an enlarged scale, taken along line 13-13 in Figure 12; Fig. 14 is a cross-sectional view, on an enlarged scale, taken along line 14-14 in Fig. 12; 15 is a schematic illustration showing the application of the method of the invention to a submarine; 16 shows schematically the behavior of an individual element of a cover layer according to the invention when a single pressure wave passes through it.

Die Reibung zwischen einer glatten, ebenen, festen Oberfläche (ebene Platte) und einem angrenzenden Strömungsmediu,m ist eine kontinuierliche Funktion der Reynoldschen Zahl. Diese ist direkt proportional der Länge der Oberfläche und der Geschwindigkeit der Strömung und umgekehrt proportional der kinematisehen Viskosität der Flüssigkeit. Die vorliegende Erfindung geht von der Tatsache aus, daß eine, zusätzliche viskose Dämpfung in der Grenzschicht durch außerhalb der Schicht liegende Mittel auf die Flüssigkeit selbst übertragen werden kann. Der Schwingungszustand in der Grenzschicht bei kritischen und überkritischen Reynoldschen Zahlen ist durch eine natürliche Frequenz charakterisiert, die als Funktion der Reynoldschen Zahl, der Geschwindigkeit und der kinematischen Viskosität genau vorausbestimmbar ist.The friction between a smooth, flat, solid surface (flat Plate) and an adjacent flow medium, m is a continuous function the Reynolds number. This is directly proportional to the length of the surface and the speed of the flow and inversely proportional to the kinematic viscosity the liquid. The present invention is based on the fact that a, additional viscous damping in the boundary layer by lying outside the layer Agent can be transferred to the liquid itself. The vibrational state in the boundary layer at critical and supercritical Reynolds numbers is through characterizes a natural frequency, which as a function of the Reynolds number, the speed and the kinematic viscosity can be precisely determined in advance.

Da die primäre Störung, die den übergang zu turbulenter Strömung in der Grenzschicht charakterisiert, eine periodische Funktion mit einer vorausberechenbaren Frequenz ist, werden gemäß der Erfindung Mittel angewandt, um die Schwingungsenergie in einem anderen Medium als der Flüssigkeit selbst zu dämpfen oder zu vernichten. Während die anfängliche Grenzschichtschwingung sich normalerweise in Strömungsrichtung vom Ausgangspunkt aus ausbreitet und dabei die Frequenz abnimmt und die Wellenlänge zunimmt, müßte ein ideales Dämpfungsmittel die gesamte Schwingungsenergie an diesem Ursprungspunkt absorbieren und vernichten und seine Ausbreitung stromabwärts verhindern. Diese Notwendigkeit wird gemäß der Erfindung umgangen, indem durch die Einführung der viskosen Dämpfung die Grundsätze einer Breitbandabstimmung angewendet werden. Die vorliegende Erfindung betrifft daher im wesentlichen eine auf Druck ansprechende Deckschicht, welche auf ein breites Frequenzspektrum abgestimmt werden kann und welche viskose oder ähnliche Dämpfungsanordnungen für die Vernichtung der Schwingungsenergie aufweist. Die membranartige Deckschicht muß ausreichend federnd nachgiebig sein, um kleine örtliche Druckänderungen in der Grenzschicht auf ein Dämpfungsmedium zwischen der Deckschicht und der starren Oberfläche des Körpers zu übertragen. Dieses Medium kann eine viskose Flüssigkeit oder ein deformierbares festes oder halbfestes Material, z. B. bestimmte Zusammensetzungen von Kautschuk oder synthetischen Elasten, sein, die durch mechanische Hysterese Energie umwandeln können. Bei einigen Ausführungsfonnen gemäß der Erfindung ist eine weitere Aufgabe, die die Deckschicht bildende Membran im Abstand von der starren Oberfläche des Körpers zu halten, so daß eine Anzahl von inneren Durchlässen für einen Druckausgleich geschaffen werden. Diese Durchlässe sind vorzugsweise so angeordnet, daß sie Punkte der federnden Membran, die voneinander in der Richtung der Grenzschichtströmung annähernd eine halbe Wellenlänge der kritischen Druckschwingungen in der Grenzschicht in Abstand liegen, verbinden. Wenn es erforderlich ist, daß der Aufbau seine maximale Wirksamkeit in einem bestimmten Bereich der Reynoldschen Zahlen erreicht, kann er so abgestimmt werden, daß die günstigsten Dämpfungseigenschaften für den Bereich der kritischen Schwingungsfrequenzen in der bei diesen Reynoldschen Zahlen in Frage kommenden Grenzschicht bestehen. Diese Abstimmung kann durch geeignete Wahl der Abmessungen und der physikalischen Eigenschaften der Membran und des Dämpfungsmediums erreicht werden.Since the primary perturbation causing the transition to turbulent flow in the boundary layer characterizes a periodic function with a predictable one Frequency is, means are applied according to the invention to the vibration energy to steam or destroy in a medium other than the liquid itself. During the initial boundary layer oscillation, it is usually in the direction of flow propagates from the starting point, decreasing the frequency and the wavelength increases, an ideal damping means would have to apply the entire vibration energy to it Absorb and destroy the point of origin and prevent its propagation downstream. This need is avoided according to the invention by introducing the principles of broadband tuning can be applied to viscous damping. The present invention is therefore essentially concerned with a pressure responsive one Top layer, which can be tuned to a wide frequency spectrum and which viscous or similar damping arrangements for the destruction of the vibration energy having. The membrane-like cover layer must be sufficiently resilient, to small local pressure changes in the boundary layer on a damping medium between the top layer and the rigid surface of the body. This medium can be a viscous liquid or a deformable solid or semi-solid material, z. B. certain compositions of rubber or synthetic elastics, be, which can convert energy through mechanical hysteresis. In some types of execution according to the invention a further object is the membrane forming the cover layer keep at a distance from the rigid surface of the body so that a number created by internal passages for pressure equalization. These passages are preferably arranged so that they points of the resilient membrane apart from each other in the direction of the boundary layer flow approximately half a wavelength of the critical one Pressure vibrations in the boundary layer lie at a distance, connect. If necessary is that the structure is at its maximum effectiveness in a given area of Reynolds Reached numbers, it can be tuned so that the most favorable damping properties for the range of critical oscillation frequencies in the Reynolds Numbers in questionable boundary layer exist. This vote can be done by appropriate Choice of dimensions and physical properties of the membrane and the damping medium can be achieved.

In der in Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsform ist die starre Oberfläche des Körpers 60 mit einer gleichförinigen Schicht aus Kautschuk oder anderem elastischem Material 61 überzogen. Eine zweite Schicht 63 aus federndem Material besteht aus einer auf Druck ansprechenden äußeren Membran, die durch eine Vielzahl von ebenfalls aus federndem Material bestehenden, regelmäßig verteilten Warzen oder Knöpfen 62 in gleichmäßigem Abstand von der ersten Schicht gehalten wird. Diese Warzen können mit einer der Schichten 61 oder 63, vorzugsweise der Schicht 63, aus einem Stück bestehen. Der zwischen der Grundschicht 61 und der außenliegenden Membran 63 gebildete Raum ist mit einer dämpfenden Flüssigkeit 64 geeigneter Viskosität gefüllt. In der Praxis wurde z. B. »Silicone Fluid 200«, hergestellt von der Dow Corning Corperation of Midland, Micbigan, als brauchbar festgestellt. Die physikalischen Eigenschaften dieser Flüssigkeit, die mit Viskositäten im Bereich von 0,6 bis 200 000 cSt geliefert wird, sind über einen weiten Temperaturbereich sehr stabil, und sie ist für Kautschuk und die meisten anderen elastischen Massen unschädlich.In the embodiment shown in FIGS. 1 and 2, the rigid surface of the body 60 is covered with a uniform layer of rubber or other elastic material 61 . A second layer 63 of resilient material consists of an outer membrane which responds to pressure and which is held at an even distance from the first layer by a plurality of regularly distributed nubs or buttons 62 also made of resilient material. These warts can consist of one piece with one of the layers 61 or 63, preferably the layer 63. The space formed between the base layer 61 and the outer membrane 63 is filled with a damping liquid 64 of suitable viscosity. In practice, for. B. "Silicone Fluid 200" manufactured by the Dow Corning Corporation of Midland, Micbigan, has been found useful. The physical properties of this liquid, which is supplied with viscosities in the range from 0.6 to 200,000 cSt, are very stable over a wide temperature range and it is harmless to rubber and most other elastic compounds.

Um die physikalischen Eigenschaften wie Masse, Steifigkeit und Dämpfung der Deckschicht zu bestimmen, wird die zu dämpfende kritische Grenzschichtfrequenz berechnet und das Verhalten eines Ab- schnittes des Oberflächenaufbaues mit einer Länge gleich einer halben Länge der entsprechenden Wellenlänge als Grundlage genommen.The physical properties such as mass, stiffness and damping to determine the top layer, the critical damping to boundary layer frequency is calculated and the behavior of an exhaust section of the surface structure having a length equal to a half of the length of the corresponding wavelength taken as a basis.

In Fig. 16, A, B, C und D ist das Verhalten eines Abschnitts der Deckschicht beim Durchgang einer einzelnen Druck-welle der Grenzschicht im nacheinander folgenden Zeitabschnitten schematisch dargestellt. Die Abschnitte 101a und 101b der Oberflächenmembran liegen voreinander um eine halbe Wellenlänge der Grenzschichtdruckwelle 2, in Abstand, unter denen die viskose Flüssigkeit 102 in dem Dämpfungsausschnitt eingeschlossen ist. Der Durchgang 103 verbindet den Raum unter zwei Abschnitten der Membran. 104 bezeichnet den Geschwindigkeitsvektor der eingeschlossenen viskosen Flüssigkeit in Abhängigkeit von der Wirkung der Druckwelle in der Grenzschicht in den aufeinanderfolgenden Zeitabschnitten A, B, C, D, die Abmessung d bezeichnet den entsprechenden Durchmesser der wirksamen Membranfläche, die Abmessungen W und 2,14 bezeichnen die wirksame Weite und Länge des Durchganges für die Dämpfungsflüssigkeit, und » + « und » - « bezeichnen den örtlichen Druck der Welle größer oder kleiner als der mittlere Druckwert. Zum Entwurf einer Deckschicht gemäß der Erfindung für einen über seine gesamte Länge in ein strömendes Medium eingetauchten starren Körper- erfolgt innerhalb bestimmter, später erläuterter Grenzen die Berechnung der kritischen Grenzschichtfrequenz und Wellenlänge und der entsprechenden Masse, Steifigkeit und innerer Dämpfung der Deckschicht nach den Strömungsbedingungen, die an einem Punkt vorherrschen, der auf ein Drittel der Strecke zwischen Bug und Heck liegt. So kann z. B. bei der Ausführungsforin gemäß Fig. 1 und 2, wenn die Warzen 62 gleichen Durchmesser, gleichen Abstand und gleiche, durch die Abmessung D bezeichnete Länge haben, die wirksame Masse des strömenden Mediums in einem Dämpfungsabschnitt annähernd durch die Gleichung M=;,14-DI'-od (1) ausgedrückt werden.In Fig. 16, A, B, C and D , the behavior of a section of the cover layer when passing through a single pressure wave of the boundary layer in successive time segments is shown schematically. The sections 101a and 101b of the surface membrane lie in front of one another by half a wavelength of the boundary layer pressure wave 2, at a distance below which the viscous liquid 102 is enclosed in the damping cutout. The passage 103 connects the space under two sections of the membrane. 104 denotes the velocity vector of the enclosed viscous liquid as a function of the effect of the pressure wave in the boundary layer in the successive time segments A, B, C, D, the dimension d denotes the corresponding diameter of the effective membrane area, the dimensions W and 2.14 denote the effective width and length of the passage for the damping fluid, and "+" and "-" denote the local pressure of the shaft greater or less than the mean pressure value. To design a cover layer according to the invention for a rigid body immersed over its entire length in a flowing medium, the critical boundary layer frequency and wavelength and the corresponding mass, stiffness and internal damping of the cover layer are calculated according to the flow conditions within certain limits explained later, which prevail at a point one-third of the way between bow and stern. So z. B. in the embodiment according to FIGS. 1 and 2, if the lugs 62 have the same diameter, the same spacing and the same length, denoted by the dimension D , the effective mass of the flowing medium in a damping section is approximately given by the equation M = ;, 14 -DI'-od (1) can be expressed.

In dieser Gleichung ist i. die Wellenlänge der kritischen Grenzschichtwelle. ;./4 die wirksame Länge der Flüssigkeitssäule in einem einzelnen Dämpfungselement und o die Dichte der dämpfenden Flüssigkeit. Wenn die 15icke der Membran 63 gegenüber der Wellenlänge klein ist, kann ihre Masse vernachlässigt werden. Die ungedämpfte, natürliche Frequenz der Deckschicht kann dann durch die Beziehung bestimmt werden, wobei S' die auf die in einen einzelnen Dämpfungsabschnitt zusammengefaßte Masse wirkende Steifheit ist, Diese steht durch das Verhältnis der Verlagerung der dämpfenden Flüssigkeit zur Verlagerung der Membran in Beziehung zur tatsächlichen Membransteifheit S. So muß, wenn ;,/4, W und Al die wirksame Länge, Breite und Amplitude der Bewegung einer Einheitsmasse der dämpfenden Flüssigkeit sind, das Volumen, das man durch das Produkt erhält, gleich dem entsprechenden Volumen sein, das durch eine mit einer Amplitude A 2 bewegte Membran mit der Fläche D2 verdrängt wird. Wenn diese Volumina gleichgesetzt werden, so kann das Verhältnis von Al zu A., wie folgt abgeleitet werden: Der Druck je Einheit einer Abbiegung der Meinbran, ausgedrückt durch die tatsächliche Steifigkeit, ist dann und die gesamte durch diesen Druck hervorgerufene Kraft ist Da an jedem Ende der sich in einem Dämpfungselement bewegenden Flüssigkeitsmasse eine Membran liegt, ist die wirksame Steifigkeit doppelt so groß wie dieser Wert, d. h. Wenn dieser Wert und der für die zusammengefaßte Masse berechnete Wert eines einzelnen Dämpfungselementes in der Gleichung für die ungedämpfte natürliche Frequenz des Dämpfungsmediums eingesetzt werden, so ist die erforderliche Membransteifigkeit S für die Abstimmung auf eine schmale Bandbreite oder alternativ, ausgedrückt in zyklischer anstatt zirkularer Frequenz, Wenn diese Frequenz mit der kritischen Grenzschichtfrequenz gleichgesetzt wird und die angenäherte Gleichungf,-2"=0,26U. verwendet wird, kann die erforderliche Membransteifheit zur Strömungsgeschwindigkeit in Beziehung gesetzt werden: Daraus ist zu ersehen, daß die erforderliche Stelfigkeit aus der Strömungsgeschwindigkeit und den Abmessungen der Dämpfungselemente allein berechnet werden kann, d. h., sie kann unabhängig von der Reynoldschen Zahl und der kritischen Frequenz behandelt werden, die, wie oben gezeigt wurde, vom Bug zum Heck oder von der Vorderkante zum hinteren Ende des Körpers einer fortlaufenden Änderung unterworfen ist. Ferner wurde durch Versuche ermittelt, daß, um ein optimales Ansprechen auf ein Breitband zu erreichen, der Wert der Membransteifigkeit S annähernd fünfmal so groß sein muß wie der für ein schmales Band berechnete.In this equation, i. the wavelength of the critical boundary layer wave. ; ./ 4 the effective length of the liquid column in a single damping element and o the density of the damping liquid. If the thickness of the diaphragm 63 is small compared to the wavelength, its mass can be neglected. The undamped, natural frequency of the top layer can then be determined by the relationship are determined, where S 'is the stiffness acting in the manner summarized in a single damping section mass, this is determined by the ratio of displacement of the damping fluid to the displacement of the diaphragm in relation to the actual membrane stiffness S. So must when;, / 4, W and Al are the effective length, width and amplitude of movement of a unit mass of the dampening liquid, the volume obtained by the product equal to the corresponding volume be, which is displaced by a moving with an amplitude A 2 membrane with the area D2. If these volumes are equated, the ratio of Al to A. can be derived as follows: The pressure per unit of a turn in the Meinbran, expressed by the actual stiffness, is then and is all of the force evoked by that pressure Since there is a membrane at each end of the liquid mass moving in a damping element, the effective stiffness is twice as large as this value, i.e. H. If this value and the value of an individual damping element calculated for the combined mass are used in the equation for the undamped natural frequency of the damping medium, then the membrane stiffness required is S for tuning to a narrow bandwidth or alternatively, expressed in cyclic instead of circular frequency, If this frequency is equated with the critical boundary layer frequency and the approximate equation f, -2 "= 0.26U. Is used, the required membrane stiffness can be related to the flow velocity: It can be seen from this that the required stiffness can be calculated from the flow velocity and the dimensions of the damping elements alone, i.e. that is, it can be treated independently of the Reynolds number and the critical frequency, which, as shown above, is subject to continuous change from bow to stern or from leading edge to aft end of the body. Furthermore, it has been determined through experiments that, in order to achieve an optimal response to a broadband, the value of the membrane stiffness S must be approximately five times as large as that calculated for a narrow band.

Die geeignete Viskosität der Dämpfungsflüssigkeit für die Verwendung für Breitband kann aus der maximalen, von einem einzigen Dämpfungselement absorbierten Energie abgeleitet werden. Dabei kann angenommen werden, daß die Dämpfung nur eine Funktion der Flüssigkeitsbewegung in den Durchgängen oder Kanälen zwischen der Unterschicht 61 und der äußeren Membran 63 ist, und daß die Dämpfung durch Hysterese des federnden Werkstoffes, der Grundschicht, der Membran und der Distanzwarzen vemachlässigbar ist. Die Differenzialgleichung, die die Flüssigkeitsbewegung in einem Dämpfungselement angibt, kann in folgender Form geschrieben werden: M a" + b a' + S'a = F sin (oi t) . (V1) In dieser Gleichung ist M die Masse der Flüssigkeit, gemäß Gleichung (1); a ist die augenblickliche Amplitude der Masse; d und d' sind die ersten und zweiten Ableitungen der Amplitude gegen die Zeit; b ist der Koeffizient der viskosen Kraft auf Grund der mittleren Frequenz der Bewegung der Dämpfungsflüssigkeit; S' ist die wirksame Membransteifigkeit bei mittlerer Amplitude gemäß Gleichung (III), und F sin (o) t) ist die treibende Kraft durch die Schwingung in der Grenzschicht. Wenn dann die zirkulare Ansprechfrequenz des Elementes bei einer Dämpfung gleich Null ist, ist die maximale Amplitude a der Flüssigkeitsmasse M: Da bei großer Bandbreite (,_)02 erheblich größer als 0)` ist, kann die Gleichung (VII) wie folgt geändert werden: Da die von dem Dämpfungselement absorbierte Energie proportional zu dem Produkt b - d'"_ ist, kann der zu einem maximalen Wert dieser Funktion füh- rende Wert der Dämpfungskonstante durch Differenzierung bestimmt werden, d. h., wenn und a.", nach Gleichung (VII a) ausgedrückt ist, kann die erste Ableitung f'(b) gleich Null gesetzt werden, wodurch wird. Aus dieser Gleichung kann mit guter Annäherung die für eine in einem breiten Frequenzband dämpfenden Deckschicht notwendgie Viskosität der Dämpfungsflüssigkeit mittels des bekannten Hagen-Poiseuilleschen Gesetzes bestimmt werden. Da bei diesen Berechnungen die innere Dämpfung durch die mechanische Hysterese des federnden Materials, aus welchem die außenliegende Membran 63, die Unterschicht 61 und die Distanzwarzen 62 bestehen, nicht berück-sichtigt wurde, ist die tatsächlich erforderliche geringer als der berechnete Wert. Viskosität etwas g Bei praktischen Ausführungsformen gemäß der Erfindung ist jedoch dieser Unterschied nur sehr gering und kann leicht durch empirische Einstellung der Flüssigkeitsviskosität ausgeglichen werden.The appropriate viscosity of the damping fluid for use with broadband can be derived from the maximum energy absorbed by a single damping element. It can be assumed that the damping is only a function of the fluid movement in the passages or channels between the lower layer 61 and the outer membrane 63 , and that the damping due to the hysteresis of the resilient material, the base layer, the membrane and the spacer lugs is negligible. The differential equation, which gives the liquid movement in a damping element, can be written in the following form: M a " + b a ' + S'a = F sin (oi t) . (V1) In this equation, M is the mass of the liquid, according to equation (1); a is the instantaneous amplitude of the mass; d and d ' are the first and second derivatives of the amplitude versus time; b is the coefficient of the viscous force due to the mean frequency of the movement of the damping fluid; S' is the effective membrane stiffness at mean amplitude according to equation (III), and F sin (o) t) is the driving force due to the oscillation in the boundary layer the circular response frequency of the element with damping equals zero, the maximum amplitude a of the liquid mass M is: Since (, _) 02 is considerably larger than 0) `for a large bandwidth, equation (VII) can be changed as follows: Since the energy absorbed by the damping element is proportional to the product b - d '"_, the value of the damping constant leading to a maximum value of this function can be determined by differentiation, i.e. if and a. ", expressed according to equation (VII a), the first derivative f '(b) can be set equal to zero, whereby will. From this equation, the viscosity of the damping fluid required for a covering layer dampening in a broad frequency band can be determined with a good approximation by means of the well-known Hagen-Poiseuille law. Since these calculations do not take into account the internal damping caused by the mechanical hysteresis of the resilient material of which the external membrane 63, the lower layer 61 and the spacer lugs 62 are made, the actually required value is lower than the calculated value. Viscosity somewhat g. In practical embodiments according to the invention, however, this difference is only very small and can easily be compensated for by empirical adjustment of the liquid viscosity.

Fig. 3 ist eine Teilansicht einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, in welcher die die Unterschicht 71 und die außenliegende Membran 73 trennenden Warzen gemäß Fig. 1 und 2 durch sich derart in Strömungsrichtung lang erstreckende Trennwände 72 ersetzt sind, daß eine Vielzahl von mit Flüssigkeit gefüllter Kanäle 75 gebildet werden. In Abstand von nicht mehr als einer halben Wellenlänge können zwischen den Längswänden Querwände 76 angeordnet sein, um eine Strömung der Dämpfungsflüssigkeit in Längsrichtung infolge des von außen wirkenden Druckablaufs zu verhindern. Die Arbeitsweise dieser Ausbildungsform gemäß der Erfindung ist ähnlich derjenigen gemäß Fig. 1 und 2. Zyklische Druckveränderungen durch die beginnenden Schwingungen in der Grenzschicht oder durch weiter außen liegende Schwingungen im Strömungsmedium werden auf die außenliegende federnde Membran 73 und von dieser auf das in den Kanälen 75 eingeschlossene Dämpfungsmedium übertragen. Die Dämpfungsflüssigkeit wirkt sowohl als Druckübertragungsmedium zum Druckausgleich zwischen voneinander in Abstand liegenden Oberflächenpunkten mit infolge der beginnenden Turbulenz unterschiedlichem Druck als auch als viskoses Dämpfungsmedium. Ein Druckunterschied, der durch die Membran auf die dämpfende Flüssig,keit übe-rtrac",en wird, ergibt, wie schematisch in Fig. 16 gezeigt, eine Bewegung der Flüssigkeit, wobei der innere Widerstand gegen diese Bewegung durch die Flüssigkeitsviskosität die Energie der Schwingungen in der Grenzschicht verteilt.Fig. 3 is a partial view of a second embodiment of the invention, in which the backsheet 71 and the outer membrane 73 separating warts according to FIGS. 1 and 2 are replaced by themselves long extending in such a manner in flow direction of the partition walls 72, that a plurality of fluid filled Channels 75 are formed. At a distance of not more than half a wavelength, transverse walls 76 can be arranged between the longitudinal walls in order to prevent a flow of the damping fluid in the longitudinal direction as a result of the pressure flow acting from the outside. The mode of operation of this embodiment according to the invention is similar to that according to FIGS. 1 and 2. Cyclical pressure changes due to the beginning oscillations in the boundary layer or due to further external oscillations in the flow medium are applied to the external resilient membrane 73 and from this to the one in the channels 75 enclosed damping medium transmitted. The damping fluid acts both as a pressure transmission medium for pressure equalization between spaced apart surface points with different pressure as a result of the onset of turbulence and as a viscous damping medium. A pressure difference, which is transmitted through the membrane to the damping liquid, results, as shown schematically in FIG. 16 , in a movement of the liquid, the internal resistance to this movement being the energy of the vibrations due to the viscosity of the liquid distributed in the boundary layer.

An praktischen Ausführungsformen der Erfindung wurde festgestellt -, daß die günstigste Widerstandsverminderung erreicht wird, wenn die äußere Membran und die Distanzwarzen oder -rippen aus verhältnismäßig weichem Kautschuk oder Elast hergestellt sind. Eine besonders günstige, Widerstandsverminderung wird erreicht, wenn der Elastizitätsmodul der ganzen Deckschicht, an ihrer Oberfläche gemessen, in dem Bereich von annähernd 1,75 bis 7,00 kg/ M2 liegt. Die Verwendung dieses weichen C, c Materials bringt jedoch die Gefahr einer unbeabsichtigten Verformung oder Beschädigung mit sich. Eine Beschädigung kann aber die Wirkung der Deckschicht vermindern oder aufheben. Eine in den Fig. 12-, 13 und 14 gezeigte bevorzugte Ausführungsform gemäß der Erfindung vermeidet diese Schwierigkeit durch die Verwendung eines Werkstoffes mit hoher Festigkeit, aber niedrigem Elastizitätsmodul senkrecht zur Oberfläche. Ein weiterer Vorteil dieser Ausführungsform ist, daß sie, wie aus der folgenden Beschreibung hervorgebt, in großen Mengen mittels billiger Verfahren leicht herstellbar ist.In practical embodiments of the invention it has been found that the most favorable reduction in resistance is achieved when the outer membrane and the spacer lugs or ribs are made from relatively soft rubber or elastomer. A particularly favorable reduction in resistance is achieved when the modulus of elasticity of the entire cover layer, measured on its surface, is in the range of approximately 1.75 to 7.00 kg / m2. However, the use of this soft C, c material brings with it the risk of inadvertent deformation or damage. However, damage can reduce or negate the effect of the top layer. A preferred embodiment according to the invention shown in FIGS. 12, 13 and 14 avoids this difficulty by using a material with high strength but low modulus of elasticity perpendicular to the surface. Another advantage of this embodiment is that, as will be apparent from the following description, it is easy to manufacture in large quantities by inexpensive processes.

In Fig. 12 ist in Schrägansicht ein Teil dieser Ausführungsiorm der Deckschicht dargestellt, die eine auf der Oberfläche eines festen Körpers aufgebrachte Unterschicht 90 aus Kautschuk oder elastischem Material aufweist. Da diese Schicht nicht zur Dämpfung beiträgt# braucht sie nur die der erforderlichen mechanischen Festigkeit zur sicheren Befestigung der Deckschicht entsprechende Dicke aufzuweisen. Die zweite Schicht 95 besteht aus einer Vielzahl von in gleichmäßigem Abstand angebrachten Längstrennwänden 91, zwischen deren je zwei sich ein mit einem Strömungsmedium gefüllter Hohlraum 94 erstreckt. Die Ausbildung dieser Zwischenschicht wird deutlicher in Fig. 13 gezeigt. Jede dieser Trennwände 91 besteht aus einem langgestreckten, mit der Unterschicht 90 und der außenliegenden Membran 96 aus einem Stück- bestehenden Streifen, der um eine Längsachse um 90' geknickt ist. Durch diese Faltung wird die Nachgiebigkeit der außenliegenden Membran 96 durch Biegung der Abschnitte 91 an Stelle durch Zusammendrücken, z. B. bei der Deckschicht gemäß Fig. 1 und 2, erreicht. Die gleiche Wirkung kann selbstverständlich durch die Verwendung von Trennwänden mit anderer als den in den Fig. 12 und 13 aezeigter Ausbildung erreicht werden. Die Trennwände können z. B. kurvenförmi-en oder bogenförniigen Querschnitt haben oder eine Vielzahl von im wesentlichen zylindrischen kleinen Röhren sein.In FIG. 12, a part of this embodiment of the cover layer is shown in an oblique view, which has an underlayer 90 of rubber or elastic material applied to the surface of a solid body. Since this layer does not contribute to damping # it only needs to have the thickness corresponding to the mechanical strength required for secure attachment of the cover layer. The second layer 95 consists of a plurality of evenly spaced longitudinal partition walls 91, between each two of which a cavity 94 filled with a flow medium extends. The formation of this intermediate layer is shown more clearly in Fig. 13. Each of these partition walls 91 consists of an elongated strip consisting of one piece with the lower layer 90 and the outer membrane 96 , which is bent by 90 'about a longitudinal axis. This folding increases the resilience of the outer membrane 96 by bending the sections 91 instead of compressing them, e.g. B. in the top layer according to FIGS. 1 and 2, achieved. The same effect can of course be achieved by using partitions other than those shown in FIGS . 12 and 13. The partitions can, for. B. have curvilinear or arcuate cross-section or be a plurality of substantially cylindrical small tubes.

Fi ' g* 14 ist eine Teilansicht in vergrößertem Maßstab längs der Linie 14-14 in Fig. 12 und zeigt die Anordnungen von Quertrennwänden 92, die mit den anderen Teilen der Deckschicht aus einem Stück hergestellt sein Können und in einem Abstand nicht unter einer halben Wellenlänge der Schwingungen in der Grenzschicht liegen sollen. Da diese Wellenlänge vom Bug zum Heck- zunimmt, wird vorteilhafterweise der Abstand der Trennwände entsprechend vergrößert. Wenn die Deckschicht nach einem kontinuierlichen Strangpreßverfahren hergestellt wird, kann diese Änderung z. B. durch automatisch gesteuerte Einstellung der beweglichen Teile der Strangpreßvorrichtung erreicht werden. Dabei kann auch die Dämpfungsflüssigkeit in die Hohlräume eingespritzt werden, so daß die ganze Deckschicht in einem Arbeitsgang fertiggestellt wird.Fi 'g * 14 is a partial view on an enlarged scale taken along the line 14-14 in Fig. 12 and shows the arrangements of transverse partitions 92 which may be made with the other parts of the cover layer of one piece and at a distance not less than half The wavelength of the oscillations should lie in the boundary layer. Since this wavelength increases from the bow to the stern, the distance between the partition walls is advantageously increased accordingly. If the top layer is produced by a continuous extrusion process, this change can e.g. B. can be achieved by automatically controlled adjustment of the moving parts of the extrusion device. The damping fluid can also be injected into the cavities, so that the entire top layer is completed in one operation.

Die äußere Membranschicht 96 gemäß Fig. 12, 13 und 14 kann, wie oben ausgeführt, aus einem Stück mit den zwei anderen Schichten geformt werden. Ihre Außenfläche 93 soll so glatt wie möglich sein. Die Dicke der Membran soll unter Berücksichtigung der mechanischen Eigenschaften des Werkstoffes und der Betriebsbedingungen die durch die Gleichung T=dem drei- bis vierfachen Wert von L gegebene VR durchschnittliche Dicke der Grenzschicht nicht überschreiten, wobei T die Dicke, L die mittlere Länge der Strömung und R die mittlere Reynoldsche Zahl ist. Innerhalb dieser Grenzen soll jedoch nach Mög- lichkeit eine verhältnismäßig dicke Membran verwendet werden. Eine größere Dicke gibt eine größere mechanische Festigkeit und damit einen gewissen Schutz gegen Beschädigung. Außerdem stellt sie ein weiteres Dämpfungsmedium dar, welches auf die wesentlich höhere Frequenz der Störungen in der Grenzschicht, die durch kleine Fehler oder Beschädigungen der Oberfläche verursacht sein können, breit abstimmbar ist. Diese als Primärturbulenz bekannten Störungen können in Stromrichtung abwärts von Oberflächenfehlern entstehen und haben wesentlich höhere Frequenzen und kürzere Wellenlängen als durch die anfängliche Labilität in der Grenzschichtinstabilität hervorgerufene Schwingungen. Wenn diese Turbulenz nicht durch besondere Mittel, z. B. die in der vorliegenden Erfindung angegebenen, gedämpft oder vernichtet wird, breitet sich diese Art von Turbulenz innerhalb eines Winkels von annähernd 200 in Stroiinrichtung abwärts von ihrem Ursprungspunkt aus und kann selbst bei unterkritischen Reynoldschen Zahlen einen erheblichen Anstieg des Widerstandes bewirken. Um die bestmögliche Wirkung zu erreichen, sollen deshalb Dicke, Steifigkeit und die Eigendämpfung, der äußeren Membran so gewählt werden, daß sie die bestmögliche Dämpfung der Primär-Turbulenz erreichen. Die Berechnung der zur Erreichung dieser Dämpfung notwendigen Membrankennwerte, analog den oben beschriebenen Verfahren in bezug auf die Dämpfung der bei kritischen Reynoldschen Zahlen auftretenden Schwingungen in der Grenzschicht, kann von der Annahme ausgehen, daß ein Druckausgleich zwischen verschiedenen Abschnitten der außerordentlich kurzen Wellen der Primärturbulenz nur in der Membran erfolgt, d. h., daß die unter der Membran eingeschlossene Flüssigkeit nicht an diesem Druckausgleich teilnimmt.The outer membrane layer 96 according to FIGS. 12, 13 and 14 can, as stated above, be molded in one piece with the two other layers. Your outer surface 93 should be as smooth as possible. Taking into account the mechanical properties of the material and the operating conditions, the thickness of the membrane should not exceed the VR average thickness of the boundary layer given by the equation T = three to four times the value of L , where T is the thickness, L is the mean length of the flow and R is the mean Reynolds number. However, if possible, a relatively thick membrane should be used within these limits. A greater thickness gives a greater mechanical strength and thus a certain protection against damage. In addition, it represents a further damping medium, which can be widely tuned to the much higher frequency of the disturbances in the boundary layer, which can be caused by small defects or damage to the surface. These disturbances, known as primary turbulence, can arise in the downstream direction of surface flaws and have significantly higher frequencies and shorter wavelengths than vibrations caused by the initial instability in the boundary layer instability. If this turbulence is not caused by special means, e.g. B. that specified in the present invention is dampened or destroyed, this type of turbulence spreads within an angle of approximately 200 in the stroke down from its point of origin and can cause a significant increase in drag even with subcritical Reynolds numbers. In order to achieve the best possible effect, the thickness, rigidity and internal damping of the outer membrane should therefore be chosen so that they achieve the best possible damping of the primary turbulence. The calculation of the membrane parameters necessary to achieve this damping, analogous to the method described above with regard to the damping of the vibrations occurring in the boundary layer with critical Reynolds numbers, can be based on the assumption that a pressure equalization between different sections of the extraordinarily short waves of primary turbulence is only possible takes place in the membrane, d. This means that the liquid enclosed under the membrane does not take part in this pressure equalization.

Fig. 15 zeigt einen starren Körper 80 in Gestalt z. B. etwa eines Unterwasserfahrzeuges mit einer festen Oberfläche 81, einem Bug 82 und einem Heck 83, wobei die Strömungsrichtung vom Bug zum Heck in Pfeilrichtung verläuft. Die die Strömung stabilisierende Mehrschichten-Deckschicht 84 ist über die Oberflächenabschnitte des Körpers angebracht, in denen ein Auftreten überkritischer Reynoldscher Zahlen zu erwarten ist und in denen eine wirbelfreie Grenzschichtströmuno, aufrechterhalten werden soll. Da im allgemeinen die Reynoldschen Zahlen eine Funktion der Stromlänge vom Bug aus gemessen sind, treten am vorderen Ende des Körpers keine überkritischen Reynoldschen Zahlen auf. Es kann trotzdem in manchen Fällen, z. B. bei Flügeln von Schraubenpropellem oder an Tragflügeln, zweckmäßig sein, aus Gründen der einfacheren Herstellung die gesamte Oberfläche mit der stabilisierenden Deckschicht zu überziehen. Bei den Ausführungsformen gemäß der Erfindung, z. B. entsprechend Fig. 1, 2, 3, 4, 12, 13 und 14, kann die Befestigung zwischen der Oberfläche des starren Körpers und der Deckschicht mittels handelsüblicher Kitte oder Klebmittelmischungen erfolgen. Für manche Anwendungsformen genügen die Zugfestigkeit der Deckschicht und der zwischen der Grundschicht 87 und der starren Oberfläche 81 bestehende Reibungskoeffizient, um einen für die Befestigung ausreichenden Sitz ohne Verwendung eines Klebstoffes sicherzustellen. Für die in Fig. 5, 6, 7, 9, 10 und 11 gezeigten Ausführungsformen gemäß der Erfindung kann die Grundplatte der Deckschicht durch beliebige bekannte Mittel auf der Oberfläche des Körpers angebracht und die druckempfindliche äußere Membran durch einen beliebigen Klebstoff aufgeklebt werden. Die Membran darf dabei nicht so biegsam sein, daß sie eine unebene oder wellige, das Muster der Stützwarzen oder -rippen nachbildende Oberfläche annimmt. Die Flüssigkeitsfüllung kann dabei entweder mittels eines unter die äußere Meinbran eingeführten Rohres oder durch eine entsprechende öffnung in der Grundplatte eingebracht werden. Bei größeren Ausführungsforinen, wie z. B. bei Unterseebooten oder Flugzeugen, wird durch Anordnung von Flüssigkeitsfüll- und -ablaßöffnungen in der Grundschicht eine Vereinfachung des Füllens mit dem weiteren Vorteil vereint, ein Einstellen der Charakteristika der Dämpfungsflüssigkeit entsprechend dem vorherrschenden Zustand des umgebenden Strömungsmediums zu ermöglichen. Eine weitere Möglichkeit, die bei Deckschichten, deren Abmessungen und physikalischen Eigenschaften derart sind, daß die Verwendung des umgebenden Strörnungsmediums als Dämpfungsmedium möglich ist, anwendbar ist, besteht darin, daß die äußere Membran etwas durchlässig sein kann und dadurch einen langsamen Austausch des Strömungsmediums zwischen dem Inneren und dem Äußeren der Deckschicht gestattet. Dieser Austausch, der wesentlich langsamer verlaufen muß als die durch den Druckgradienten an der Ober-fläche hervorgerufene innere Bewegung des Mediums, unterstützt nicht nur ein völliges, blasenfreies Füllen der Deckschicht, sondern macht auch seine Anwendung weniger anfällig gegen Beschädigung. Fig. 9 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, wie sie in einer nüt Wasser gefüllten Versuchseinrichtung verwendet wurde, bei welcher keine Druckänderung in irgendeiner Richtung parallel zur Oberfläche vorhanden war. Diese Ausführungsform ist in Form einer mit Flüssigkeit gefüllten Vier-Schichten-Deckschicht auf einem Grundkörper 10 befestigt, der z. B. ein Bootskörper oder ein Flügel eines Flugzeuges sein kann. Die äußere Schicht 12 ist eine dünne, flexible Membran, z. B. aus einem kautschukähnlichen Material. Die nächste Schicht enthält Mittel zum Ab- stützen der äußeren Schicht 12, derart, daß diese sich entsprechend dem Schwingungsdruck der Strömung in der Grenzschicht frei durchbiegen kann. In diesem Beispiel besteht die zweite Schicht aus einer Reihe von aus Drähten 14 gebildeten parallelen Rippen, die sich in einem spitzen Winkel zu der allgemeinen Richtung der Bewegung zwischen Oberfläche und der angrenzenden wirbelfreien Grenzschicht erstrecken.Fig. 15 shows a rigid body 80 in the form of e.g. B. about an underwater vehicle with a solid surface 81, a bow 82 and a stern 83, the flow direction from bow to stern in the direction of the arrow. The flow stabilizing multilayer cover layer 84 is applied over the surface portions of the body in which supercritical Reynolds numbers are expected to occur and in which eddy-free boundary layer flow is to be maintained. Since the Reynolds numbers are generally a function of the current length measured from the bow, there are no supercritical Reynolds numbers at the front end of the body. However, in some cases, e.g. B. with blades of screw propellers or on airfoils, it may be useful to cover the entire surface with the stabilizing cover layer for reasons of simpler manufacture. In the embodiments according to the invention, e.g. B. corresponding to FIGS. 1, 2, 3, 4, 12, 13 and 14, the attachment between the surface of the rigid body and the cover layer can be done by means of commercially available putty or adhesive mixtures. For some applications, the tensile strength of the cover layer and the coefficient of friction existing between the base layer 87 and the rigid surface 81 are sufficient to ensure a sufficient fit for the fastening without the use of an adhesive. For the embodiments of the invention shown in Figures 5, 6, 7, 9, 10 and 11 , the base plate of the cover sheet can be attached to the surface of the body by any known means and the pressure sensitive outer membrane adhered by any adhesive. The membrane must not be so flexible that it assumes an uneven or wavy surface that simulates the pattern of the support lumps or ribs. The liquid filling can be introduced either by means of a tube inserted under the outer membrane or through a corresponding opening in the base plate. For larger execution forms, such as. B. in submarines or aircraft, a simplification of the filling is combined by arranging liquid filling and drainage openings in the base layer with the further advantage of allowing the characteristics of the damping fluid to be set according to the prevailing state of the surrounding flow medium. Another possibility, which is applicable to cover layers whose dimensions and physical properties are such that the surrounding flow medium can be used as a damping medium, is that the outer membrane can be somewhat permeable and thereby a slow exchange of the flow medium between the Inside and outside of the top layer. This exchange, which must run much slower than the surface by the pressure gradient at the top caused internal movement of the medium, not only supports a complete, bubble-free filling of the top layer, but also makes its use less susceptible to damage. Fig. 9 shows an embodiment of the invention as used in a test facility filled with water in which there was no pressure change in any direction parallel to the surface. This embodiment is fastened in the form of a liquid-filled four-layer cover layer on a base body 10 which, for. B. can be a boat hull or a wing of an aircraft. The outer layer 12 is a thin, flexible membrane, e.g. B. made of a rubber-like material. The next layer includes means for disconnecting the outer support layer 12, such that it is free to flex in accordance with the vibration pressure of the flow in the boundary layer. In this example, the second layer consists of a series of parallel ribs formed from wires 14 which extend at an acute angle to the general direction of movement between the surface and the adjacent eddy-free boundary layer.

Die dritte Schicht ist ein starrer Aufbau mit zahlreichen, verhältnismäßig kleinen Durchgängen, z. B. in Form einer Metallplatte 15, mit zahlreichen, eng nebeneinander liegenden Bohrungen 16. Die vierte Schicht endlich besteht im wesentlichen aus voneinander in Abstand stehenden Trägern für die Lochplatte 15. Diese Träger können die Form von Rippen 18 haben. Diese Rippen bilden eine verhältnismäßig hohe Tragschicht offener Bauart, um verhältnismäßig große, mit Strömungsmedium gefüllte Räume zu schaffen.The third layer is a rigid structure with numerous, relatively small passages, e.g. B. in the form of a metal plate 15, with numerous, closely spaced bores 16. The fourth layer finally consists essentially of spaced apart supports for the perforated plate 15. These supports can be in the form of ribs 18 . These ribs form a relatively high support layer of open design in order to create relatively large spaces filled with flow medium.

Diese Ausführungsfonn der Erfindung arbeitete, zufriedenstellend auf einer konkaven Wandung eines Prüfapparates in einer Flüssigkeit bei kritischen Reynoldschen Zahlen von annähernd 106, wobei das Medium innerhalb der Deckschicht ebenfalls eine Flüssigkeit ist. In diesem besonderen Beispiel ist die äußere Membran 12 eine glatte Kautschukfolie, die annähernd 0,4 mm dick ist und die um etwa 10% in Richtung senkrecht zur Strömungsrichtung der Grenzschicht, d. h. quer zu den Rippen 1-4, gedehnt ist. Die gespannte Kautschukmenibran 12 schafft eine Oberfläche mit der erforderlichen Glattheit, und da sie von der festen Platte 15 durch die Drähte 14 in Abstand gehalten wird, kann sie durch Biegung frei auf die statischen Druckschwingungen der Grenzschicht ansprechen. Die Kautschukmembran 12 kann flüssigkeitsdicht sein und die Flüssigkeit in den Hohlräumen der Deckschicht abschließen. Wenn jedoch die eingeschlossene Flüssigkeit die gleiche ist wie die Flüssigkeit der Grenzschicht, kann die äußere Meinbran 12 in geringem Umfang durchlässig sein, so daß die Flüssigkeit der Grenzschicht langsam in das Innere der Deckschicht einsickern kann, Die Drähte 14 der zweiten Schicht können ungefähr 1,5 mm Durchmesser haben und ungefähr 25 mm voneinander entfernt sein. Die die starre dritte Schicht bildende Platte 15 kann eine etwa 3 mm dicke Aluminiumplatte sein, und die Öffnungen 16 können ungefähr 5,5 mm Durchmesser und einen Mittenabstand von etwa 6,5 mm aufweisen. Die Rippen 18 der vierten Schicht sind so hoch, daß die Platte 15 etwa 12,5 mm vom Grundkörper 10 in Abstand liegt.This embodiment of the invention worked satisfactorily on a concave wall of a test apparatus in a liquid at critical Reynolds numbers of approximately 106, the medium within the cover layer also being a liquid. In this particular example, the outer membrane 12 is a smooth rubber sheet which is approximately 0.4 mm thick and which extends about 10% in the direction perpendicular to the direction of flow of the boundary layer, i.e. H. across ribs 1-4, is stretched. The tensioned rubber menibran 12 provides a surface with the requisite smoothness, and since it is spaced from the fixed plate 15 by the wires 14, it is free to flex to respond to the static compressive vibrations of the boundary layer. The rubber membrane 12 can be liquid-tight and seal off the liquid in the cavities of the cover layer. However, if the entrapped fluid is the same as the boundary layer fluid, the outer membrane 12 may be slightly permeable so that the boundary layer fluid can slowly seep into the interior of the boundary layer. The wires 14 of the second layer can be approximately 1, 5 mm in diameter and approximately 25 mm apart. The plate 15 forming the rigid third layer can be an aluminum plate about 3 mm thick, and the openings 16 can have a diameter of about 5.5 mm and a center-to-center spacing of about 6.5 mm. The ribs 18 of the fourth layer are so high that the plate 15 is about 12.5 mm from the base body 10 at a distance.

Die beschriebene Deckschicht bildet zahlreiche Labyrinthe und Durchlässe für den Druckausgleich zwischen voneinander in Abstand liegenden Punkten der äußeren Membran 12. Die Bohrungen 16 setzen einer oszillierenden Strömung längs der verschiedenen Strömungswege einen Widerstand entgegen und verbrauchen so die Strömungsenergie mindestens teilweise.The cover layer described forms numerous labyrinths and passages for pressure equalization between spaced-apart points of the outer membrane 12. The bores 16 oppose an oscillating flow along the various flow paths and thus at least partially consume the flow energy.

Im allgemeinen variieren die Abmessungen der verschiedenen Elemente der Deckschicht zur Erreichung der günstigsten Ergebnisse mit der Dicke der wirbelfreien Grenzschicht, wobei bei höheren Reynoldschen Zahlen ein größerer Widerstand längs der inneren Wege -zwischen den Oberflächenabschnitten erforderlich ist. Die Gesamtdicke der Deckschicht kann etwa in der Größenordnung vom ein- bis dreifachen der Dicke der zu kontrollierenden wirbelfreien Grenzschicht liegen.In general, the dimensions of the various elements will vary the top layer to achieve the most favorable results with the thickness of the eddy-free Boundary layer, whereby with higher Reynolds numbers there is a greater resistance along the line of inner paths is required between the surface sections. The total thickness the top layer can be on the order of one to three times the thickness the eddy-free boundary layer to be controlled.

In vielen Fällen kann die endgültige »Abstimmung« der Deckschicht auf Resonanz mit der Frequenz der Druckschwingungen der wirbelfreien Grenzschicht nur dadurch erreicht werden, daß die Spannung der äußeren Membran 12 variiert wird. Fig. 8 zeigt z. B. die Ergebnisse von Versuchen, in denen die kombinierten Wirkungen der Änderung des Widerstandes gegen die Strömung innerhalb der Deckschicht, der Spannung der äußeren Membran 12 und der Abweichung der Rippen 14 zur Richtung der Grenzschichtströmung gegen kritische Reynoldsche Zahlen aufgetragen sind. Der innere Widerstand gegen die Strömung wird variiert, indem verschiedene Größen von Drahtsieben gegen eine Fläche der perforierten Platte 15 angelegt werden und der die Membran 12 bildende Kautschuk auf 5, 20 und 10'0/G seiner ungestreckten Abmessungen gespannt wird, Die Kurve A zeigt, daß mit nur 5-% Streckung der Aufbau eine maximale Wirksamkeit erreichte, wenn der innere Widerstand gegen Strömung ein Minimum war. Im besonderen zeigte dieses Maximum einen 3511/oigen Anstieg der kritischen Reynoldschen Zahl, Die Kurve B zeigt, daß mit einer um 20 % gestreckten Membran eine Zunahme von fast 5001o der kritischen Reynoldschen Zahlen über einen breiten Bereich des inneren Widerstandes erreicht wurde. Die Kurve C zeigt die Wirkung von 10'% Streckung, die einen Anstieg der kritischen Reynoldschen Zahl auf annähernd 90"/o ergab. Die Kurven D, E, die beide breite Spitzen haben, zeigen mehr als 10011/o. Anstieg der kritischen Reynoldschen Zahl, und sie illustrieren die kombinierte Wirkung der Streckung der Membran um 10,% und der Neigung der Drähte im Winkel von 2 und 101 zur Richtung der Grenzschichtströmung Selbst wenn keine Resonanz erreicht wird, kann die Deckschicht wirksam die viskose Dämpfung der Grenzschichtschwingungen erhöhen und dadurch die Grenzschicht auch dann wirbelfrei halten, wenn sie, wenn der Grundkörper10 freiliegen würde, dynamisch labil und turbulent werden würde. So kann die Erfindung dazu dienen, den vollkommen wirbelfreien Bereich der Strömungsgeschwindigkeit in höhere Reynoldsche Zahlen auszudehnen. Ein wichtiges Merkmal der Deckschicht gemäß der Erfindung ist, daß sie auch bei ungünstigem Druckverlauf wirksam bleibt.In many cases, the final "tuning" of the cover layer to resonance with the frequency of the pressure oscillations of the eddy-free boundary layer can only be achieved by varying the tension of the outer membrane 12. Fig. 8 shows e.g. B. the results of experiments in which the combined effects of the change in resistance to flow within the cover layer, the tension of the outer membrane 12 and the deviation of the ribs 14 from the direction of boundary layer flow are plotted against critical Reynolds numbers. The internal resistance to the flow is varied by placing various sizes of wire screens against one surface of the perforated plate 15 and tensioning the rubber forming the membrane 12 to 5, 20 and 10'0 / G of its unstretched dimensions, curve A shows that with only 5% elongation the structure achieved maximum effectiveness when the internal resistance to flow was a minimum. In particular, this maximum showed a 3511% increase in the critical Reynolds number. Curve B shows that with a membrane stretched by 20%, an increase of almost 50010 in the critical Reynolds number was achieved over a wide range of the internal resistance. Curve C shows the effect of 10% elongation which resulted in an increase in the critical Reynolds number to approximately 90 "/ o. Curves D, E, both of which have broad peaks, show more than 10011 / o increases in the critical Reynolds Number, and they illustrate the combined effect of stretching the membrane by 10.% and inclining the wires at angles of 2 and 101 to the direction of the boundary layer flow. Even if no resonance is achieved, the covering layer can effectively increase the viscous damping of the boundary layer vibrations and thereby keep the boundary layer free of eddies even if it would become dynamically unstable and turbulent if the base body 10 were exposed. Thus, the invention can serve to extend the completely eddy-free range of the flow velocity into higher Reynolds numbers. An important feature of the cover layer according to the invention is that it remains effective even with an unfavorable pressure curve.

Die in den Fig. 10 und 11 gezeigte Ausführungsform gemäß der Erfindung ist der in Fig. 9 gezeigten ähnlich. Sie ist jedoch besonders für die Verwendung bei Druck-abfall in Strömungsrichtung oder umgekehrt gegeignet und unterscheidet sich deshalb durch zusätzliche Mittel zur Verhinderung einer einseitig gerichteten Strömung im Innern der Deckschicht. Dazu sind die Drähte 1.4 durch eine die äußere Meinbran 12 tragende Schicht aus offenzellio",em Schaumgummi 20 ersetzt. Die Schaumgummischicht 20 wird wiederum durch die übliche Platte 21 mit Löchern 22 abgestützt. Vorzugsweise sind die Perforationen 22 an ihren äußeren Enden nach außen erweitert, wie in Fig. 10 gezeigt. Die Lochplatte 21 wird durch die üblichen, voneinander in Abstand liegenden Rippen 18 auf dem Grundkörper 10 getragen.The embodiment in FIGS. 10 and 11 shown according to the invention is similar to that shown in Fig. 9. However, it is particularly suitable for use in the event of a pressure drop in the direction of flow or vice versa and therefore differs in that it has additional means for preventing a unidirectional flow in the interior of the cover layer. For this purpose, the wires 1.4 are replaced by a layer of open cell foam rubber 20 carrying the outer membrane 12. The foam rubber layer 20 is in turn supported by the usual plate 21 with holes 22. The perforations 22 are preferably widened outward at their outer ends, as shown in Fig. 10. The perforated plate 21 is supported on the base body 10 by the usual, spaced apart ribs 18 .

Um eine übermäßige Strömung längs der vierten Schicht im Raum unterhalb der perforierten Platte 21 zu verhindern und doch freien Druckausgleich zu ermöglichen, ist dieser Raum durch abtrennende, flexible Wände unterteilt, die aus längs verlaufenden Wänden 23 und quer verlaufenden Wänden 24 bestehen. Diese Wände können z. B. aus Kautschuk oder ähnlichem Werkstoff bestehen, und die Ab- schnitte können auf beliebige Weise miteinander verbunden und sowohl an den Grundkörper 10 und der gelochten Metallplatte 21 befestigt sein.In order to prevent excessive flow along the fourth layer in the space below the perforated plate 21 and yet to allow free pressure equalization, this space is divided by separating, flexible walls consisting of longitudinal walls 23 and transverse walls 24. These walls can e.g. As rubber or similar material are made, and the exhaust sections may be joined together in any desired manner and both the base body 10 and the perforated metal plate be attached to the 21st

Vorzu-sweise sind die in Längsrichtung verlaufenden, auf Druck ansprechenden Wände 23, wie in Fig. 12 gezeigt, gegen die Strömungsrichtung in einem C C, el spitzen Winkel schräg gestellt. Ferner ist vorgesehen, daß die Schaum.gummilage 20 in den gleichen Bereichen wie die auf Druck ansprechenden Wände 23 oder 24 mit der Außenseite der Lochplatte 21 und der Innenseite der außenliegenden Membran 12 verbunden ist. Wenn diese Bereiche in übereinstimmung mit den Wänden 23 und 24 miteinander verklebt sind, ist die in der Deckschicht eingeschlossene Flüssigkeit in Abschnitte eingeteilt, die miteinander druckübertragend, aber nicht flüssigkeitsübertragend in Verbinduno, stehen.Preferably, the pressure-responsive walls 23 running in the longitudinal direction, as shown in FIG. 12, are inclined against the direction of flow at an acute angle C C, el. It is further provided that the foam rubber layer 20 is connected to the outside of the perforated plate 21 and the inside of the outer membrane 12 in the same areas as the pressure-sensitive walls 23 or 24. When these areas are glued to one another in correspondence with the walls 23 and 24, the liquid enclosed in the cover layer is divided into sections which are in communication with one another in a pressure-transmitting manner, but not in a liquid-transmitting manner.

Die in Fi-. 5. 6 und 7 dargestellte weitere Ausbildungsform gemäß der Erfindung umfaßt eine außenliegende Folie 44 aus kautschukähnlichem Material mit Rippen 45 auf ihrer Innenfläche, eine zwischenliegende feste Platte 46 mit einer Vielzahl von öffnungen 47 und ein inneres Forinteil 48 aus kautschukähnlichem Material. Vorzugsweise sind die drei Einzelelemente miteinander verkittet oder auf andere Weise so miteinander verbunden, daß eine einheitliche Deckschicht gebildet wird.The in Fi-. 5, 6 and 7 further embodiment according to the invention shown comprises an outer sheet 44 made of rubber-like material with ribs 45 on its inner surface, an intermediate solid plate 46 with a plurality of openings 47 and an inner form part 48 made of rubber-like material. The three individual elements are preferably cemented to one another or connected to one another in some other way in such a way that a uniform cover layer is formed.

Die Rippen 45 an der außenliegenden Folie 44 dienen zu dem gleichen Zweck wie die Drahtrippen 14 in der Ausführungsform gemäß Fig. 9. In der dar-Cre , stellten Konstruktion sind die Rippen 45 in einen spitzen Winkel zur Strömungsrichtung in der Grenzschicht gestellt und kreuzen sich so, daß sie rautenförmige, auf Druck ansprechende Bereiche bilden. Diese Rippen liegen alle in gleichem Winkel zur Stromrichtun2 in der Grenzschicht. Wie in den Zeichnungen dargestellt, weist die Lochplatte 46 in den im Bereich der Rippen 45 liegenden Abschnitten keine Öffnungen auf. Die Unterseite der Lochplatte 46 weist mit ihr in einem Stück ausgebildete abstützende Distanzstücke in Form von kegelförmigen Fingern oder Zapfen 50 auf, die vorzugsweise in den Schnittpunkten der Diagonalrippen 45 liegen. Zum Montieren der Deckschicht auf dem Grundkörper 10 sind angesenkte Bohrungen in den Zapfen 50 zur Aufnahme von Befestigungsnieten 52 vorgesehen.The ribs 45 on the outboard sheet 44 serve the same purpose as the wire fins 14 in the embodiment of FIG. 9. In the dar-Cre, easily design, the ribs are provided 45 in an acute angle to the direction of flow in the boundary layer and intersect so that they form diamond-shaped pressure responsive areas. These ribs are all at the same angle to the direction of current in the boundary layer. As shown in the drawings, the perforated plate 46 has no openings in the sections lying in the region of the ribs 45. The underside of the perforated plate 46 has supporting spacers formed in one piece with it in the form of conical fingers or pegs 50 , which preferably lie at the intersection points of the diagonal ribs 45. To assemble the covering layer on the base body 10 countersunk holes in the journals 50 are provided for receiving fastening studs 52nd

Der innere Formteil 48 besteht aus einer Schicht aus kautschukähnlichern Werkstoff, die auf dem Grundkörper 10 aufliegt und die mit Steckbilchsen versehen ist, um ein Aufbringen der Deckschicht zu ermöglichen. Mit der Schicht 48 sind die die einzelnen Zapfen 50 umfassenden Büchsen 54 in einem Stück ausgebildet, und diese Büchsen sind durch diagonal angeordnete, mit den Diagonalrippen 45 übereinstimmende Querrippen 55 verbunden. Auf diese Weise schafft diese Deckschicht eine Reihe von rautenförmigen, das Medium enthaltenden Abschnitten, die voneinander durch die Rippen 45 abgeteilt sind.The inner molded part 48 consists of a layer of rubber-like material which rests on the base body 10 and which is provided with plug-in sleeves to enable the cover layer to be applied. The bushes 54 comprising the individual pins 50 are formed in one piece with the layer 48, and these bushes are connected by diagonally arranged transverse ribs 55 which coincide with the diagonal ribs 45. In this way, this cover layer creates a series of diamond-shaped sections containing the medium, which are separated from one another by the ribs 45.

Die primäre Funktion der einzelnen hier beschriebenen Ausbildungsforinen gemäß der Erfindung ist die Dämpfung der in der Grenzschicht durch dynamische Labilität, durch Wirbelung oder durch Primärturbulenz entstehenden Schwingungen. Zusätzlich dazu sollen durch richtige Anwendung von zusammengesetzten Deckschichten weitere wesentliche Verbesserungen erreicht werden. Wenn z. B. die Deckschieht in Wasser eine laminare Grenzschichtströmung und einen niederen Reibungskoeffizienten sicherstellen soll, stimmt der Bereich der kritischen Frequenzen im wesentlichen mit dem hörbaren Bereich von akustischen Erscheinungen überein-, in diesem Fall unterdrückt die Deckschicht daher nicht nur das Auftreten von Turbulenz in der Strömung, sondern dämpft oder unterdrückt auch das von der turbulenten Strömung erzeugte Geräusch und die Reflexion von Geräuschen, die von anderen Quellen ausgehen. Wenn die außenliegende Membran eine entsprechende Dicke und entsprechende mechanische Eigenschaften aufweist, kann diese Wirkung im wesentlichen über den hörbaren Teil hinaus ;n den Ultraschallbereich ausgedehnt werden, wodurch ein ganz erheblicher Schutz von Unterseebooten oder dem eingetauchten Teil von Oberwasserschiffen gegen die Ortung mittels akustischer Vorrichtungen erreicht wird. In vielen Fällen können diese Merkmale der Erfindung von gleicher Bedeutung wie ihre Hauptfunktion sein.The primary function of the individual training forums described here According to the invention, the damping of the in the boundary layer by dynamic lability, vibrations caused by eddies or primary turbulence. Additionally furthermore should be achieved through the correct application of composite top layers substantial improvements can be achieved. If z. B. the cover sheet in water ensure a laminar boundary layer flow and a low coefficient of friction the range of the critical frequencies is essentially the same as the audible range Range of acoustic phenomena coincide - in this case the top layer suppresses therefore not only the occurrence of turbulence in the flow, but dampens or also suppresses the noise and reflection generated by the turbulent flow of noises emanating from other sources. When the external membrane has a corresponding thickness and corresponding mechanical properties, can this effect essentially extends beyond the audible part; n the ultrasonic range be extended, which provides a very significant protection of submarines or the submerged part of headwaters against the location by means of acoustic devices is achieved. In many cases, these features of the invention may be the same Meaning as its main function.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Device to achieve a laminar boundary layer on the surface of a solid body around which a medium flows, which would be turbulent without this device, by means of an elastic coating applied to the solid body, which is characterized by a resiliently yielding cover layer , a base layer for attachment to the surface of the body, the cover layer responding to local pressure fluctuations in the flow medium by deflection, and further by means distributed between the base layer and the outer cover layer substantially uniformly to dampen the response movement of the el cover layer.

2. Vorrichtunor according to claim 1, characterized ge-C - indicates that the outer cover layer consists of a membrane made of resilient material. 3. Apparatus according to claim 2, characterized in that a liquid enclosed between the base layer and the membrane, which has already been proposed for these purposes, is used as the damping means. 4. Apparatus according to claim 2, characterized in that the membrane is held at a distance from the base layer by a plurality of substantially evenly distributed lugs made of resilient material, which has already been proposed for this purpose. 5. Apparatus according to claim 3, characterized in that means are provided to enclose the damping liquid in a plurality of individual cavities, these means allowing pressure equalization between the individual cavities, but preventing an exchange of liquid. 6. Apparatus according to claim 5, characterized in that the cavities are formed by a number of elongated, substantially parallel to the direction of relative movement between the body and the surrounding medium extending longitudinal walls and a plurality of pressure-responsive transverse walls connect these longitudinal walls together. 7. Apparatus according to claim 6, characterized in that the support of the membrane takes place through these walls and that the walls are made of a resilient material and .mit a kinked cross-sectional shape, so that they experience greater deflection when pressure is applied to the membrane than by increasing pressure in a cavity. 8. The device according to claim 5, characterized in that the length of each cavity is at least half the wavelength of the pressure waves excited in the boundary layer by the relative movement between the body and the surrounding medium at the smallest Reynolds number in which the device is used where Reynolds number is determined by the equation R = UL, in which VR is Reynolds number, U is the minimum velocity at which the device should maintain laminar flow, L is the length of the body on which the device is mounted, and v is the kinematic viscosity of the surrounding medium. 9. Apparatus according to claim 3 and 5, characterized in that the liquid in the cavities has a greater viscosity than the surrounding medium and the membrane is impermeable. 10. The device according to claim 6, characterized in that the support means for the Meinbran extend from the base layer to the membrane and have a plurality of passages. 11. The device according to claim 10, characterized in that the enclosed damping medium has essentially the same features as the medium flowing outside the device and that the Meinbran is somewhat permeable. 12. The device according to claim 10, characterized in that the support means are made of resilient material such that they allow a deflection of the membrane both at the points of contact with the support means as well as between these points of contact. 13. The device according to claim 1, characterized by liquid-filled cavities with relatively small cross-sectional dimensions in the outer region, d. H. in the vicinity of the flexible cover layer and through fluid-filled cavities of relatively large cross-sectional dimensions in the inner region, each of the relatively large cavities being in pressure equalization communication with a number of the smaller cavities. 14. The device according to claim 13, characterized in that the outer cover layer is a stretched membrane under tensile stress. 15. The apparatus according to claim 13, characterized in that the relatively large liquid-filled cavities are separated from one another by flexible walls which allow pressure equalization between them. 16. The device according to claim 15, characterized in that a foam-like layer of resilient material is provided between the membrane and the support means. 17. The device according to claim 16, characterized in that a perforated plate is provided within the layer of foamy, resilient material and that flexible walls are provided in the region of the inside of the perforated plate, which divide the enclosed damping liquid into a number of cavities in such a way that a direct flow from section to section is prevented, but vibration pressure compensation from section to section is possible.