DE3316394C2

DE3316394C2 -

Info

Publication number: DE3316394C2
Application number: DE3316394A
Authority: DE
Inventors: Werner Dr. 2000 Hamburg De Lurz
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Airbus Defence and Space GmbH
Priority date: 1983-05-05
Filing date: 1983-05-05
Publication date: 1989-08-24
Also published as: DE3316394A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Verminderung des Widerstandes eines umströmten Körpers mit fester Oberfläche nach dem Prinzip der passiven Beeinflussung einer laminaren oder turbulenten Grenzschicht, sowie auf eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method to reduce the resistance of a body with flow with a solid surface based on the principle of passive influencing a laminar or turbulent boundary layer, and an arrangement for performing the method.

In den fünfziger Jahren wurden Versuche an Unterwasserströ mungskörpern bekannt, bei denen der Reibungswiderstand durch die Verwendung einer flexiblen Körperoberfläche bis zu etwa 50% verringert werden konnte. Darauf aufbauend wurden theoretische und experimentelle Untersuchungen mit flexiblen Oberflächen bei Strömungskörpern unternommen und vor allem die Wirkung der Oberflächenbewegung auf die Grenzschicht eingehend betrachtet. Bis heute ist es jedoch weder gelungen, eine ähnlich hohe Wider standsverminderung wie oben zu verifizieren, noch gab es derart praktikable Auslegungsvorschläge für flexible Oberflä chen, als daß sie in Serienströmungskörpern wie z. B. Schiffen, Flugzeugen o. ä. Anwendung gefunden hätten.In the 1950s, attempts were made to underwater currents ment bodies known in which the frictional resistance by the Use of a flexible body surface up to about 50% could be reduced. Building on that, theoretical ones were created and experimental investigations with flexible surfaces Flow bodies undertaken and above all the effect of Surface movement considered in detail on the boundary layer. To date, however, it has neither succeeded in showing a similarly high contradiction decrease in status as above, there was still such practical design suggestions for flexible surfaces chen than that in series flow bodies such. B. ships, Aircraft or the like would have been used.

Durch die DE-OS 22 43 213 ist eine Vorrichtung zur Unterdrückung strömungsinduzierter Vibrationen bekannt. Hierbei handelt es sich um eine Vorrichtung, wodurch die Wirbelbildung unterdrückt wird und/oder die Druckschwankungen herabgesetzt werden, indem die Strömung unmittelbar stromabwärts vom Körper stabilisiert wird. Nach einem Merkmal dieser Lösung weist eine Vorrichtung zur Unterdrückung strömungsinduzierter Vibrationen in einen länglichen Körper eine strömungsstabilisierende Einrichtung auf, die dem Körper zugeordnet und so ausgebildet ist, daß sie einen niedrigen Schleppkoeffizienten hat. Im Vergleich mit dem Fall, in welchem diese Vorrichtung nicht vorhanden ist, besteht die Wirkung der Vorrichtung in der Erzielung einer Herabsetzung der Winkelbreite oder -Weite des flachen Teiles des statischen Hauptdruckes über dem rückwärtigen Abschnitt des Körpers. Die strömungsstabilisierende Einrichtung kann in Form einer Vielzahl länglicher strömungsstabilisierender Teile vorgesehen sein, die dem Körper benachbart, jedoch in Abstand von ihm angeordnet sind, wobei ihre Achsen im wesentlichen parallel zur Achse des länglichen Körpers verlaufen. Diese Teile können um gleichgroße oder verschiedene Abstände von der Körperachse angeordnet sein. Obwohl hierbei Druckschwankungen herabgesetzt werden und die betreffenden Körper feste Oberflächen aufweisen, sind die hier gezeigten Maßnahmen nicht geeignet, die Grenzschicht eines Kör pers so zu beeinflussen, daß dessen Widerstand hierdurch vermin dert wird.DE-OS 22 43 213 is a device for suppression flow-induced vibrations known. This is what it is about is a device whereby the vortex formation is suppressed and / or the pressure fluctuations are reduced by stabilizes the flow immediately downstream of the body becomes. According to a feature of this solution, a device to suppress flow-induced vibrations in one elongated body on a flow stabilizing device, which is assigned to the body and designed to be one has low drag coefficients. Compared to the case in which this device is not present, there is Effect of the device in achieving a reduction in the Angular width or width of the flat part of the static Head pressure over the back section of the body. The Flow stabilizing device can be in the form of a variety elongated flow-stabilizing parts can be provided, the adjacent to, but spaced from, the body are, with their axes substantially parallel to the axis of the elongated body. These parts can be of equal size or different distances from the body axis. Although pressure fluctuations are reduced and the have solid surfaces, these are Measures shown are not suitable for the boundary layer of a body to influence pers so that its resistance is reduced is changed.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art sowie eine Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens anzugeben, nach dem bzw. mit der die Grenzschicht eines umströmten Körpers mit fester Oberfläche so beeinflußbar ist, daß der Widerstand vermindert wird.The invention is therefore based on the object of a method the type specified in the preamble of claim 1 and an arrangement for performing this method specify after or with which the boundary layer of a flowed body with solid surface is so influenceable that the resistance is reduced.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 2 gelöst. Vor teilhafte Ausgestaltungen der Anordnung zur Durchführung des Verfahrens sind in den Ansprüchen 3 bis 6 angegeben.This task is characterized by the characteristics of the Claim 1 or of claim 2 solved. Before partial configurations of the arrangement for performing the method are given in claims 3 to 6.

Im folgenden soll die Erfindung kurz erläutert werden.The invention will be briefly explained below.

Ist es bei einer laminaren Grenzschicht möglich, die vor dem Um schlag sich anfachenden Instabilitätsschwingungen in geeigneter Weise zu dämpfen, kann man so den Umschlagspunkt, (Transitions punkt) weiter stromaufwärts verlagern und damit den Reibungswi derstand verringern. Ebenso gilt für eine bereits turbulente Grenzschicht, daß ein Verringerung des Turbulenzgrades einen günstigen Einfluß auf das Widerstandsverhalten zeigt.Is it possible with a laminar boundary layer that before the order beat fanning instability vibrations in a suitable way In this way you can dampen the transition point (Transitions point) move further upstream and thus the friction wi reduce the level. The same applies to an already turbulent one Boundary layer that a reduction in the degree of turbulence a shows favorable influence on the resistance behavior.

Eine Dämpfung von Strömungsschwingungen mit passiven Materialien wurde bereits mit flexiblen Oberflächen versucht, jedoch besteht hierbei vor allem bei der Stabilisierung der laminaren Grenz schicht die Gefahr von zusätzlichen Instabilitätsbereichen durch die weiche Oberfläche.A damping of flow vibrations with passive materials has already been tried with flexible surfaces, but exists especially when stabilizing the laminar limit shifts through the risk of additional areas of instability the soft surface.

Eine Dämpfung von natürlichen Strömungsschwankungen kann jedoch auch durch eine feste Oberfläche bewirkt werden, wenn entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren, Druckschwankungen der Strömung durch gedämpfte Resonanz, die an der Oberfläche des umströmten Körpers durch die Strömung selbst hervorgerufen wird, ganz oder teilweise ausgelöscht werden. Bei einer Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens wird die Oberfläche des umströmten Körpers mittels zahlreicher kleiner Öffnungen für das Strö mungsmedium senkrecht zur Strömungsrichtung durch lässig gemacht, wodurch die Druckschwankungen der Strömung in unter der Oberfläche vorgesehenen Hohlkammern durch gedämpfte Resonanz ganz oder teilweise ausgelöscht werden. Eine Schwingungsdämpfung nach diesem Prin zip ist z. B. bei der schallschluckenden Verkleidung von Lufteinlässen, Rohren etc. bekannt, wobei be reits gut bewährte Auslegungsmaterialien mit z. B. hart gepreßte Metallwolle (Feldmetall) oder luft durchlässiges Kunststoffgewebe über einer Honeycomb lage mit hydraulisch glatten Oberflächen existieren. Eine Voraussetzung zum Gelingen der Dämpfung ist, daß das durchlässige Abdeckmaterial Druckschwankun gen des Strömungsmediums keinen zusätzlichen Wider stand bietet, d. h. die sogenannte akustische Inpe danz des Abdeckmaterials gleich oder ähnlich deren des Strömungsmediums ist. Durch geeignete Kombina tionen der Dicken des Hohlkammer materials lassen sich gewisse Frequenzbänder be vorzugt bedämpfen, wobei die Dämpfung mit zunehmen der Lauflänge zunimmt. Ebenso können die Resonanz längen bzw. -volumen des Hohlkammermaterials z. B. durch Ineinanderfahren von Honeycombwaben variabel und somit auf die gewünschte Frequenz einstellbar gestaltet werden.A damping of natural flow fluctuations can, however also be caused by a solid surface if corresponding the inventive method, pressure fluctuations Flow through damped resonance that is on the surface of the flowed body caused by the flow itself will be totally or partially wiped out. At a Order to carry out this procedure is the Surface of the flow around the body by means of numerous small openings for the flow medium perpendicular to the direction of flow made casual, causing the pressure fluctuations of the Flow provided in under the surface Hollow chambers completely or partially extinguished by damped resonance will. A vibration damping according to this principle zip is z. B. in the sound-absorbing panel known from air intakes, pipes, etc., where be Well proven design materials with z. B. hard pressed metal wool (field metal) or air permeable plastic fabric over a honeycomb layer with hydraulically smooth surfaces exist. A prerequisite for successful damping is that the permeable cover material pressure fluctuations no additional resistance to the flow medium booth offers, d. H. the so-called acoustic inpe danz of the covering material the same or similar of the flow medium. With a suitable combination tion of the thickness of the hollow chamber certain frequency bands can be used preferably dampen, the damping also increasing the barrel length increases. Likewise, the response lengths or volumes of the hollow chamber material z. B. variable by moving honeycomb into each other and thus adjustable to the desired frequency be designed.

Eine Auslegung zur Dämpfung von Instabilitätsschwin gungen in der laminaren Grenzschicht sollte vor allem das am natürlichen Transitionspunkt prädomi nante Frequenzspektrum dämpfen, während eine Dämpfung von Schwingungen in der turbulenten Grenzschicht lo kal veränderlich den jeweils vorhandenen prädominan ten Frequenzanteil bedämpfen sollte.An interpretation for damping instability vibrations conditions in the laminar boundary layer should exist all of that at the natural transition point predomi attenuate nante frequency spectrum while attenuating of vibrations in the turbulent boundary layer lo cal changes the prevailing prevailing should dampen the frequency component.

Claims

1. A method for reducing the resistance of a flowed body with a solid surface according to the principle of the passive influence of a laminar or turbulent boundary layer, characterized in that pressure fluctuations in the flow due to damped resonance caused on the surface of the flowed body by the flow itself will be deleted, in whole or in part.

2. Arrangement for performing the method according to claim 1, characterized in that hollow chambers are provided below the surface of the flowed body, and that in the surface of the body around which flow numerous small, connected with the hollow chambers are provided, through which the flow with the hollow chambers in contact stands.

3. Arrangement according to claim 2, characterized indicates that the hollow chambers contain damping material, about its thickness and composition the resonance behavior of the body can be influenced.

4. Arrangement according to claim 3, characterized in that the vibration damping material a continuous Pressure fluctuation the same resistance (acoustic impedance) offers, like the flow medium itself.

5. Arrangement according to one of claims 2 to 4, characterized records that the resonance lengths or volumes of the Hollow chambers locally targeted during the damping process are changeable.

6. Arrangement according to claim 4, characterized in that as damping materials pressed metal wool or Honeycomb honeycombs are provided.