DE3534268C2

DE3534268C2 -

Info

Publication number: DE3534268C2
Application number: DE3534268A
Authority: DE
Inventors: Dietrich Dr.-Ing. 1000 Berlin De Bechert
Original assignee: Deutsche Forschungs und Versuchsanstalt fuer Luft und Raumfahrt eV DFVLR
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 1985-09-26
Filing date: 1985-09-26
Publication date: 1988-01-21
Also published as: DE3534268A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine zur Vermeidung von Strömungsablösungen ausgebildete Oberfläche eines umström ten Körpers mit einer Vielzahl von Elementen, die aus der Ebene der Oberfläche heraus in die Strömung einragend vor gesehen sind und eine solche Gestalt aufweisen, daß unter Durchmischung in einer Grenzschicht der wandnahen Grenz schicht Energie zugeführt wird.The invention relates to a to avoid Flow separations formed surface of a flow body with a multitude of elements that come from the Level of the surface protruding out into the flow are seen and have such a shape that under Mixing in a boundary layer near the wall layer of energy is supplied.

Die Strömung auf der Heckseite von umströmten Körpern neigt zur Ablösung von der Oberfläche. Das führt zu stark erhöhtem Strömungswiderstand. Strömungsablösung tritt je doch nicht nur am Heck von stumpfen Körpern, z. B. Autos, auf, sondern auch an Tragflügeln bei hohen Anstellwinkeln. Durch Vermeidung von Strömungsablösung kann also nicht nur Widerstand gespart werden, sondern auch der Auftrieb von Tragflügeln erhöht werden. Strömungsablösung tritt auf, wenn die Umströmung eines Körpers mit einem so starken Druckanstieg (= starker positiver Druckgradient) verbunden ist, daß die durch Reibung abgebremste Strömung in der Nähe des Körpers (Grenzschicht) nicht mehr genügend kine tische Energie aufweist, um den bei anliegender Strömung sich enstellenden Druck (potentielle Energie) an der Heckseite des Körpers aufzubauen.The flow on the rear side of the flow around bodies tends to detach from the surface. That leads too strongly increased flow resistance. Flow separation ever occurs but not only at the rear of blunt bodies, e.g. B. cars, on, but also on wings at high angles of attack. Avoiding flow separation can not only Resistance can be saved, but also the buoyancy of Wings are raised. Flow separation occurs when the flow around a body with such a strong Pressure increase (= strong positive pressure gradient) connected is that the flow slowed down by friction in the Not enough kine near the body (boundary layer) has table energy around the current resulting pressure (potential energy) on the Build up the back of the body.

Bei einer bekannten Oberfläche der eingangs beschriebenen Art sind aus der Ebene der Oberfläche heraus in die Strö mung einragende Elemente fest vorgesehen, um die energie reiche äußere Strömung mit der abgebremsten Strömung in der Nähe der Oberfläche besser zu durchmischen und da durch der wandnahen Grenzschicht Energie zuzuführen, so daß die Strömung länger anliegend bleibt bzw. gegen höhere positive Druckgradienten anströmen kann. Die auf der Ober fläche des umströmten Körpers angeordneten Elemente können verschiedene Gestalt aufweisen, die in jedem Fall aber darauf gerichtet ist, die Durchmischung in einer Grenzschicht zu erhöhen. Die Elemente können als Reihen von kleinen Flügeln auf der Oberseite der Trag flügel von Flugzeugen angeordnet sein, um Längswirbel in Strömungsrichtung zu erzeugen (Fig. 1). Eine andere Mög lichkeit, jedoch mit ähnlicher Wirkung, ist eine keil förmige Ausbildung der Elemente mit entsprechender Anord nung in Strömungsrichtung (Fig. 2). Die verstärkte Durch mischung wird in beiden Fällen durch Erzeugung von Längs wirbeln erreicht. Diese fest angeordneten Elemente sind jedoch nur nützlich, solange sich die Strömung in der Nähe der Ablösung befindet. Bei einem Flugzeugtragflügel ist das z. B. während des Landeanfluges der Fall. Bei anderen Flugbedingungen, z. B. während des Reisefluges, sind die bekannten Elemente zur Erzeugung von Längswir beln nicht nötigt und erzeugen in nachteiliger Weise zu sätzlichen Widerstand.In a known surface of the type described above protruding elements from the plane of the surface protruding into the flow to better mix the high-energy external flow with the braked flow near the surface and to supply energy through the wall layer near the wall , so that the flow remains in contact longer or can flow against higher positive pressure gradients. The elements arranged on the upper surface of the flowed-around body can have different shapes, but in any case is aimed at increasing the mixing in a boundary layer. The elements can be arranged as rows of small wings on the top of the wings of aircraft to generate longitudinal vortices in the direction of flow ( Fig. 1). Another possibility, but with a similar effect, is a wedge-shaped design of the elements with a corresponding arrangement in the direction of flow ( FIG. 2). The increased mixing is achieved in both cases by generating longitudinal vortices. However, these fixed elements are only useful as long as the flow is near the separation. In an aircraft wing, this is e.g. B. during the approach. In other flight conditions, e.g. B. during cruise, the known elements for the production of Längenwir beln are not necessary and produce disadvantageous additional resistance.

Es ist bekannt (D. W. Bechert, G. Hoppe und W.-E. Reif: "On the drag reduction of the shark skin", AIAA-Paper 85-0546 (1985)), daß die Elemente zur Erzeugung von Längswirbeln auch sehr klein ausgebildet sein können, wenn sie die Oberfläche dicht belegen. Bei einer turbu lenten Grenzschicht müssen sie nur etwas aus der viskosen Unterschicht herausragen. Die viskose Unterschicht ist eine sehr dünne, sehr wandnahe Schicht, in der die Zä higkeitskräfte der Strömung dominieren. Bei technischen Anwendungen ist diese Schicht normalerweise einen kleinen Bruchteil eines Millimeters dick. In dieser Schicht bil den sich schon auch ohne in die Strömung vorstehende Ele mente sehr kleinen Längswirbel aus, die die Durchmischung der gesamten Grenzschicht steuern (S. J. Kline, W. C. Rey nolds, F. A. Schraub, P. W. Runstadler: "The structure of turbulent boundary layers", J. Fluid Mech. 30 (1967), Seiten 741-773). It is known (D. W. Bechert, G. Hoppe and W.-E. Reif: "On the drag reduction of the shark skin", AIAA paper 85-0546 (1985)) that the elements for producing Longitudinal vortices can also be made very small, if they cover the surface tightly. In a turbu lent boundary layer they just need something out of the viscous Protrude lower layer. The viscous underlayer is a very thin layer very close to the wall in which the teeth forces of the current dominate. With technical Applications, this layer is usually a small one A fraction of a millimeter thick. In this layer bil which is already without the protruding into the current ment very small longitudinal vortices, which the mixing of the entire boundary layer (S. J. Kline, W. C. Rey nolds, F. A. Schraub, P. W. Runstadler: "The structure of turbulent boundary layers ", J. Fluid Mech. 30 (1967), Pages 741-773).

Durch sehr feine Längsrillen (D. W. Bechert, G. Hoppe und W.-E. Reif: "On the drag reduction of the shark skin", AIAA-Paper 85-0546 (1985)) kann man die zur Ausbildung dieser Wirbel notwendige Querströmung behindern. Das führt zu einem geringeren Energieaustausch in der turbu lenten Grenzschicht, was zur Verminderung der turbulenten Wandschubspannung (unter den Wert bei einer glatten Platte) benutzt werden kann. Verwendbar erscheint dies zur direkten Widerstandsverminderung bei langen Körpern ohne Ablösege fahr, z. B. Flugzeugrümpfen.Through very fine longitudinal grooves (D. W. Bechert, G. Hoppe and W.-E. Mature: "On the drag reduction of the shark skin", AIAA paper 85-0546 (1985)) can be used for training this vortex hinder necessary cross flow. The leads to a lower energy exchange in the turbu lenten boundary layer, leading to the reduction of turbulent Wall shear stress (below the value for a smooth plate) can be used. This appears to be usable for direct Reduction of resistance for long bodies without stripping drive, e.g. B. aircraft fuselages.

Andererseits kann man durch Verstärkung der kleinen Längs wirbel mit kleinen Elementen auch die Durchmischung stark anheben. Dies führt zwar zu Erhöhung der Wandschubspannung, aber auch zur Vermeidung von Strömungsablösung. Durch An bringung z. B. im Heckbereich eines Flugzeugrumpfes oder im hinteren Teil eines Tragflügels können damit durch Ab lösungsunterdrückung sowohl der Gesamtwiderstand vermin dert als auch der Auftrieb erhöht werden. Auf einer Flugzeug oberfläche können auch verschiedene Elemente zum Einsatz kommen. Eine optimale Wirkung läßt sich jedoch nur für einen Strömungszustand entwickeln.On the other hand, by reinforcing the small longitudinal with small elements, the mixing is also strong lift. Although this leads to an increase in the wall shear stress, but also to avoid flow separation. By To bring z. B. in the tail area of an aircraft fuselage or in the rear part of a wing can thus by Ab solution suppression both the total resistance min as well as the buoyancy can be increased. On an airplane Various elements can also be used on the surface come. However, an optimal effect can only be achieved for develop a flow state.

Weiterhin ist es aus der GB-PS 20 32 048 bekannt, an der Oberfläche eines umströmten Körpers stufenförmige Einschnitte vorzusehen. Diese stufenförmigen Einschnitte treten hinter der gedachten Oberfläche des Strömungsprofils zurück. Die stufen förmigen Einschnitte sind senkrecht zur Anströmung des um strömten Körpers angeordnet. Sie sind insbesondere dort vor gesehen, wo die Gefahr einer Strömungsablösung vorhanden ist. Durch diese Vertiefungen werden gezielte lokale Strömungsab lösungen erzeugt, wodurch eine Gesamtablösung an einer Stelle vermieden wird. Es sind dabei mehrere Vertiefungen hinterein ander erforderlich. Auch bei dieser Oberfläche wirkt sich nachteilig aus, daß bei anliegender Strömung der Widerstand des mit diesen Einschnitten versehenen umströmten Körpers höher ist als der eines Körpers mit glatter Oberfläche.Furthermore, it is known from GB-PS 20 32 048 on the Surface of a body with flow-shaped incisions to provide. These stepped incisions occur behind the imaginary surface of the airfoil. The stages shaped incisions are perpendicular to the flow to streamed body arranged. You are particularly there before seen where there is a risk of flow separation. Through these depressions targeted local flow creates solutions, creating a total detachment in one place is avoided. There are several wells in a row other required. This surface also has an effect disadvantageous from the fact that the resistance of the body with these notches is higher than that of a body with a smooth surface.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Oberfläche der eingangs beschriebenen Art derart weiterzubilden, daß sie sich bei sich ändernden Strömungszuständen anpaßt oder zu mindest angepaßt werden kann.The invention is therefore based on the object of a surface of the type described in the introduction such that it adapts or changes with changing flow conditions at least can be adjusted.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Elemente einerseits L-förmigen Querschnitt aufweisen, mit dem einen, der Oberfläche zugekehrten Schenkel etwa senkrecht zur Ober fläche und mit dem anderen Schenkel etwa parallel zur Oberfläche in Strömungsrichtung angeordnet sind, und daß die Elemente andererseits relativ zur Ebene der Oberfläche verstellbar ange ordnet sind, so daß sie bei drohender Strömungsablösung die Durchmischung bewirken, bei anliegender Strömung jedoch unter Widerstandsverminderung die Ebene der Oberfläche nachbilden. Dabei ist daran gedacht, daß die Elemente bei unterschiedlichen Strömungszuständen unterschiedliche Relativlagen zu der Oberfläche einnehmen und einnehmen können, jedenfalls derart, daß mind. in einer Stellung durch erhöhte Durchmischung die drohende Strömungsablösung vermieden wird und in einer anderen Stellung bei sicher anliegender Strömung eine Widerstandsverminderung eintritt. Die Verstellbarkeit einerseits und die Ausbildung der Gestalt der Elemente, also ihre Form und die Dimensionierung sowie Anordnung, wirken sich auf beide angestrebte Wirkungen aus. Dabei sollen mindestens zwei Strömungszustände im Sinne einer Optimierung berücksichtigt werden, nach Möglichkeit natürlich mehr als zwei Strömungszustände. So ist es insbesondere möglich, die Ver stellung und Gestaltung der Elemente so auszubilden, daß hin sichtlich einer Vielzahl von Strömungszuständen eine mehr oder weniger kontinuierliche Abnahme der einen Wirkung und eine Zu nahme der anderen Wirkung eintritt. Die Elemente weisen L-förmigen Querschnitt auf und sind mit dem einen, der Oberfläche zugekehrten Schenkel etwa senkrecht zur Oberfläche angeordnet, während sich der andere Schenkel etwa parallel zur Oberfläche in Strömungs richtung erstreckt. Dies ist jedenfalls bei anliegender Strömung und hoher Schubspannung der Fall, bei der die Elemente gleichsam eingeklappt sind und keinen zusätzlichen Reibungswiderstand ver ursachen. According to the invention this is achieved in that the elements on the one hand have an L-shaped cross section, with the one, thighs facing the surface approximately perpendicular to the upper surface and with the other leg approximately parallel to the surface are arranged in the direction of flow, and that the elements on the other hand adjustable relative to the plane of the surface are arranged so that when there is an impending flow separation Mix, but with current flowing under Reduce drag to replicate the level of the surface. It is thought that the elements at different Flow states different relative positions to the surface can take and take, at least in such a way that at least in one position by increased mixing the impending Flow separation is avoided and in a different position a resistance reduction occurs when the flow is safe. The adjustability on the one hand and the design of the shape of the elements, i.e. their shape and dimensioning as well Order, affect both desired effects. Here should have at least two flow conditions in the sense of optimization are taken into account, if possible of course more than two flow states. So it is particularly possible to Ver position and design of the elements so that there obviously a variety of flow conditions one more or less continuous decrease in one effect and one to the other effect occurs. The elements are L-shaped Cross section on and are with the one facing the surface Thighs arranged approximately perpendicular to the surface while the other leg flows approximately parallel to the surface direction extends. In any case, this is when there is a current and high shear stress the case where the elements as it were are folded and no additional frictional resistance ver causes.

Die Elemente können federnd nachgiebig ausgebildet und/oder gelenkig zur Oberfläche gelagert sein. Die Elemente können durch die Strömungskräfte selbst und/oder durch Fremdkraft verstellbar angeordnet sein. Besonders vorteilhaft ist es natürlich, wenn die Elemente durch die Strömungskräfte selbst verstellt werden, so daß eine mehr oder weniger kon tinuierliche Anpassung an die verschiedenen Strömungsbedin gungen selbsttätig stattfindet und irgendwelche Fremdkraft- Verstelleinrichtungen nicht erforderlich werden. Die Ver stellung kann einerseits eine mehr globale Reaktion auf die Strömungsbedingungen durch langsam reagierende große Elemente sein. Besonders bei Umströmung des Körpers mit einer Flüssigkeit ergibt sich aber andererseits auch die Möglichkeit, daß die Elemente besonders klein ausgebildet sein können und auf die momentane Strömungsstruktur schnell reagieren können, wodurch die Grenzschicht in noch stärkerem Maße beeinflußt wird. Keilförmige Elemente, wie sie in fester Form Stand der Technik sind (Fig. 2), lassen sich durch eine Fremdkraft-Verstelleinrichtung leicht in die Ebene der Oberfläche einziehen bzw. ausstellbar lagern, so daß sie dem jeweiligen Strömungszustand angepaßt werden können. Für die Verstellung der Elemente durch die Strö mung selbst ergeben sich verschiedene Möglichkeiten:The elements can be designed to be resilient and / or articulated to the surface. The elements can be arranged to be adjustable by the flow forces themselves and / or by external forces. It is of course particularly advantageous if the elements are adjusted by the flow forces themselves, so that a more or less continuous adjustment to the various flow conditions takes place automatically and any external force adjustment devices are not required. On the one hand, the adjustment can be a more global reaction to the flow conditions due to slowly reacting large elements. On the other hand, especially when a liquid flows around the body, there is also the possibility that the elements can be made particularly small and can react quickly to the current flow structure, as a result of which the boundary layer is influenced to an even greater extent. Wedge-shaped elements, as they are in the solid state of the art ( Fig. 2), can be easily pulled into the plane of the surface or stored so that they can be adjusted so that they can be adapted to the respective flow state by means of an external force adjustment device. There are various options for adjusting the elements by the flow itself:

Die Elemente können rein federnd nachgiebig, also entspre chend elastisch ausgebildet sein, so daß sie eine reprodu zierbare Rückstellung aufweisen. Die Verstellung bzw. Ver biegung der Elemente wird zweckmäßig durch die Schubspannung der Strömung gesteuert. Dabei wird folgender Zusammenhang benutzt: bei sicher anliegender Strömung ist die Wandschub spannung hoch und die Elemente werden durch diese Wand schubspannung aufgrund ihrer federnd-nachgiebigen Ausbildung oder auch Aufhängung in einer flachen, der Oberfläche ange paßten Stellung gehalten, bei der sie im Abstand zu der Oberfläche diese Oberfläche etwa parallel nachbilden und die sich somit ergebende Oberfläche der Elemente weitgehend geschlossen bzw. glatt ausgebildet ist, so daß die ange strebte Widerstandsverminderung eintritt. Bei geringer Schubspannung hingegen, also bei drohender Strömungsablö sung, richten sich die Elemente durch ihr Rückstellvermögen oder durch Federkraft auf und erzeugen eine starke Durch mischung der Grenzschicht. Hierdurch wird die Strömung an liegend gehalten. Durch verminderte Strömungsgeschwindig keit, z. B. beim Landeanflug eines Flugzeugs, sinkt eben falls die Wandschubspannung. Dies ist aber in den meisten Fällen auch der Bereich, in dem die Strömung anliegend ge halten werden muß.The elements can be resilient purely resilient, that is, correspond chend be elastic so that they reproduce showable provision. The adjustment or Ver bending of the elements is useful due to the shear stress controlled the flow. The following connection is used used: when the flow is safe, the wall thrust is tension high and the elements are through this wall shear stress due to its resilient training or also suspension in a flat surface held position in which they are at a distance from the Recreate this surface approximately parallel and the resulting surface of the elements largely is closed or smooth, so that the ange sought resistance reduction occurs. With less Shear stress, on the other hand, in the event of impending flow separation solution, the elements are aligned by their resilience or by spring force and generate a strong through mixture of the boundary layer. This will turn the flow on kept lying down. Due to reduced flow speed speed, e.g. B. when approaching an aircraft, just drops if the wall shear stress. But this is in most Cases also the area in which the current is applied must be kept.

Andererseits aber ist es möglich, auf den Einsatz von Fe derkräften zu verzichten und eine gelenkige Lagerung bzw. Anordnung der Elemente relativ zur Oberfläche zu verwirk lichen. Die Verstellung der Elemente erfolgt in einem sol chen Falle rein durch die Strömungsmechanik, also die von der Strömung auf die Elemente einwirkenden Kräfte. Strömun gen in der Nähe der Ablösung haben eine starke Druckzu nahme in Strömungsrichtung. Diese Druckzunahme erzeugt im Hohlraum unter der Oberfläche eines Sekundärströmung, die entgegengesetzt zu der Strö mungsrichtung der Hauptströmung gerichtet ist. Diese Se kundärströmung kann dazu benutzt werden, die Elemente in sinnvoller Weise zu verstellen. Es ist auch möglich, beide aufgezeigten Möglichkeiten zu kombinieren und beispiels weise neben einer Gelenkaufhängung der Elemente zusätz lich eine sehr weiche Federung einzusetzen. On the other hand, it is possible to rely on the use of Fe to waive forces and an articulated storage or Realize arrangement of the elements relative to the surface lichen. The elements are adjusted in a sol Chen trap purely by the fluid mechanics, that of the forces acting on the elements. Currents near the peel have a strong pressure take in the direction of flow. This pressure increase creates in Cavity under the surface of a secondary flow that is opposite to the flow direction of the main flow is directed. This Se secondary flow can be used to separate the elements in sensible way to adjust. It is also possible to do both to combine the shown options and for example as well as an articulated suspension of the elements Lich use a very soft suspension.

Der sich etwa senkrecht zur Oberfläche erstreckende eine Schenkel der Elemente weist eine quer zur Strömungsrich tung sich erstreckende Flächenausbildung auf, die einer entgegengesetzt zur Strömungsrichtung gerichteten Sekundär strömung Widerstand bietet. Durch den Angriff dieser Sekun därströmung an den entsprechenden Flächenelementen des einen Schenkels der Elemente richten sich die Elemente bei niedriger Schubspannung und fast abgelöster Strömung auf. Diese Aufrichtung ist nur möglich, wenn die Strömungsbe dingungen nahe der Strömungsablösung vorhanden sind, wenn also die Schubspannung klein ist und wenn ein ansteigender Druck in Strömungsrichtung auftritt. Ein solcher Verstell mechanismus führt zu einer Gleichgewichtseinstellung der Elemente, entsprechend den Schubspannungen und den Drücken, die beide etwa proportional der Strömungsgeschwindigkeit sind. Das bedeutet, daß die Einstellung der Elemente unab hängig von der Strömungsgeschwindigkeit ist und nur davon beeinflußt wird, ob die Strömung in der Nähe der Ablösung ist oder nicht. Bei sicher anliegender Strömung mit hoher Wandschubspannung sind die Elemente eingeklappt und stel len praktisch eine sich parallel zur Oberfläche des um strömten Körpers erstreckende glatte Oberfläche dar, die nur einen kleinen Reibungswiderstand erzeugt.The one that extends approximately perpendicular to the surface Leg of the elements has a cross to the flow direction tion extending area training, which one opposite to the flow direction secondary flow offers resistance. By attacking this second därströmung on the corresponding surface elements of the the elements are attached to one leg of the elements low shear stress and almost detached flow. This erection is only possible when the flow conditions are close to the flow separation if So the shear stress is small and if it increases Flow pressure occurs. Such an adjustment mechanism leads to an equilibrium of the Elements, according to the shear stresses and pressures, both roughly proportional to the flow rate are. This means that the setting of the elements is independent is dependent on the flow velocity and only on it is affected whether the flow near the detachment is or not. With a safe current with high The elements are folded in and set len practically parallel to the surface of the flocked body extending smooth surface that produces only a small frictional resistance.

Der sich etwa in Strömungsrichtung erstreckende andere Schenkel der Elemente kann in Strömungsrichtung spitz zu laufend ausgebildet sein, um in der ausgeklappten Stellung die angestrebte Durchmischung in der Grenzschicht herbei zuführen.The other, which extends approximately in the direction of flow Legs of the elements can be pointed in the direction of flow be continuously trained to in the extended position the desired mixing in the boundary layer respectively.

Auf der der Strömung ausgesetzten Oberfläche des anderen Schenkels der Elemente können in Strömungsrichtung verlau fende, widerstandsvermindernde Längsrillen mit scharfen Graten zusätzlich vorgesehen sein. Dies dient zur Vermin derung des Reibungswiderstandes bei turbulenter Strömung in eingeklapptem Zustand der Elemente. Die Größe der Ele mente ist an sich nicht festgelegt. Eine Wirksamkeit ist auch dann noch gegeben, wenn sie sehr klein sind und ihre Dimensionen in der Nähe der Dicke der viskosen Unterschicht liegen. In diesem Fall ist auch eine Wechselwirkung mit den ohnehin vorhandenen Längswirbeln in der viskosen Unter schicht möglich. Die Merkmale der Ansprüche 1 bis 7 sind auf eine passive Oberfläche gerichtet.On the surface of the other exposed to the current Legs of the elements can be left in the flow direction fenden, drag-reducing longitudinal grooves with sharp Burrs may also be provided. This serves as a min change in frictional resistance in turbulent flow in the folded state of the elements. The size of the ele mente is not fixed in itself. An effectiveness is even when they are very small and theirs Dimensions close to the thickness of the viscous underlayer lie. In this case there is also an interaction with the already existing longitudinal vertebrae in the viscous lower layer possible. The features of claims 1 to 7 are on directed a passive surface.

Wenn sich die Elemente bei anliegender Strömung nicht stark aufrichten, so ist hier noch eine andere Wechselwirkung mög lich, die - ähnlich wie die Anordnung der feinen Längsrillen mit scharfen Graten - zur Verminderung der Schubspannung bei anliegender Strömung führt:If the elements are not strong when the flow is present another interaction is possible here Lich, which - similar to the arrangement of the fine longitudinal grooves with sharp burrs - to reduce the shear stress current flows:

In der Oberfläche zwischen den Elementen können Schlitze zum Ausbringen von widerstandsvermindernden Polymer-Addi tiven unter die Elemente vorgesehen sein. Durch diese Schlitze zwischen den Elementen kann Fluid in einem mo mentan und lokal auftretenden Bereich niedrigen Druckes eingeblasen werden, und zwar aus dem Raum unter der Ober fläche. Dadurch kann die in diesen Bereichen auftretende, besonders langsame Strömung beschleunigt werden. Dies führt zu einer Stabilisierung der Strömung und dies wie derum zu einer Verminderung des Reibungswiderstandes. Die Beweglichkeit der kleinen, verstellbaren Elemente ver stärkt diesen Effekt. Überschlagsrechnungen haben ergeben, daß die erzielbare Wirkung insbesondere bei Umströmung von Körpern mit Flüssigkeit möglich ist. Auch die langsameren, großräumigen Schwankungen in turbulenten Grenzschichten führen zu Sekundärströmungen unter der Oberfläche und zu Verstellungen der Elemente. Wenn Fluid durch die Schlitze zwischen den Elementen ausgeblasen wird, so wird es immer in Strömungsrichtung ausgeblasen und vorzugsweise an sol chen Stellen, wo momentan Druck und Geschwindigkeit an der Oberfläche klein sind. Dies führt allein für sich schon zu einem Strömungsprofil, das die Strömung länger anliegend hält.There may be slits in the surface between the elements for the application of resistance-reducing polymer additives tives be provided under the elements. Through this Slots between the elements can create fluid in a mo mentally and locally occurring area of low pressure be blown in from the room under the upper area. This means that the particularly slow flow can be accelerated. This leads to a stabilization of the flow and this like therefore a reduction in the frictional resistance. The Mobility of the small, adjustable elements ver strengthens this effect. Roughing calculations have shown that the achievable effect, especially when flowing around Bodies with liquid is possible. Even the slower ones large-scale fluctuations in turbulent boundary layers lead to sub-surface currents and to Adjustments of the elements. If fluid through the slots blown out between the elements, it always will blown out in the direction of flow and preferably on sol areas where pressure and speed at the moment Surface are small. This alone leads to a flow profile that fits the flow longer holds.

Bei Verwendung der neuen Oberfläche des umströmten Körpers in Flüssigkeiten ergibt sich außerdem noch die Möglichkeit, an sich bekannte widerstandsvermindernde Polymer-Additive in den Hohlraum unter den Elementen einzuspeisen. Durch die sich zwischen den Elementen ergebenden Durchbrechungen kön nen diese Polymer-Additive dann austreten und zu einer wei teren Widerstandsverminderung führen.When using the new surface of the flowed body in liquids there is also the possibility known resistance-reducing polymer additives feed into the cavity under the elements. Through the resulting breakthroughs between the elements NEN these polymer additives then emerge and turn into a white lower resistance.

Die Erfindung wird anhand einiger Ausführungsbeispiele weiter erläutert und beschrieben. Es zeigtThe invention is based on a few exemplary embodiments further explained and described. It shows

Fig. 1 eine Oberfläche mit fest angeordneten, flügelartigen Elementen (Stand der Technik), Fig. 1 is arranged a surface with fixed, wing-like elements (prior art),

Fig. 2 eine Oberfläche mit fest angeordneten, keil förmigen Elementen (Stand der Technik), Fig. 2 is arranged a surface with fixed, wedge-shaped elements (prior art),

Fig. 3 eine Oberfläche mit der Darstellung eines einzelnen, federnd nachgiebig ausgebildeten Elements, Fig. 3 is a surface having the appearance of a single, resiliently formed element,

Fig. 4 eine Schnittdarstellung durch die Ober fläche mit einer Vielzahl von verstell baren Elementen gemäß Fig. 3 bei an liegender Strömung und hoher Schubspan nung, Fig. 4 is a sectional view through the upper surface with a plurality of adjustable cash elements according to Fig. 3 in at lying flow and high shear tension voltage,

Fig. 5 eine Schnittdarstellung der Oberfläche gemäß Fig. 4, jedoch bei niedriger Schubspannung und fast abgelöster Strö mung, Figure 5 is a sectional view of the surface shown in FIG. 4, but determination. At low shear stress and almost detached Strö,

Fig. 6 die Darstellung einer Oberfläche mit einem einzelnen, gelenkig gelagerten Element und Fig. 6 shows a surface with a single, articulated element and

Fig. 7 eine Querschnittsdarstellung der Oberflä che mit einer Vielzahl von Elementen ge mäß Fig. 6 bei niedriger Schubspannung und fast abgelöster Strömung. Fig. 7 is a cross-sectional view of the surface with a plurality of elements ge according to Fig. 6 at low shear stress and almost detached flow.

In Fig. 1 ist in perspektivischer Darstellung ein Stück einer Oberfläche 1 eines umströmten Körpers dargestellt, der auf seiner der Strömung ausgesetzten Seite der Ober fläche 1 Elemente 2 aufweist, die fest und damit unbeweg lich angeordnet sind. Die Elemente 2 sind flügelähnlich aus gebildet und schräg zur Strömungsrichtung 3 geneigt ange ordnet, so daß sie in einer Grenzschicht Längswirbel 4 hervorrufen, die infolge der jeweils entgegengesetzt schräg durchgeführten Anordnung auch entgegengesetzt drehen, wie durch die Richtungspfeile 5 angedeutet ist.In Fig. 1, a piece of a surface 1 of a body is shown in perspective, the surface on its exposed side of the upper surface 1 has elements 2 which are fixed and thus immovably arranged. The elements 2 are formed wing-like and inclined obliquely to the flow direction 3 , so that they cause longitudinal vortices 4 in a boundary layer, which also rotate in opposite directions as a result of the opposite obliquely performed arrangement, as indicated by the directional arrows 5 .

Fig. 2 zeigt eine grundsätzlich ähnliche Ausbildung und Anordnung, also ebenfalls mit festen Elementen 2, die hier keilförmige Gestalt besitzen und in Strömungsrichtung 3 ausgerichtet angeordnet sind, so daß auch hier bei der Überströmung Längswirbel 4 entsprechend den Richtungspfei len 5 entstehen. Fig. 2 shows a fundamentally similar design and arrangement, so also with fixed elements 2 , which have a wedge-shaped shape here and are arranged aligned in the direction of flow 3 , so that here too with the overflow longitudinal vortex 4 according to the directional arrows 5 arise.

Oberflächen 1 mit fest angeordneten Elementen 2 gemäß den Fig. 1 und 2 gehören zum Stand der Technik.Surfaces 1 with fixed elements 2 according to FIGS. 1 and 2 belong to the prior art.

Fig. 3 zeigt die Einzeldarstellung eines Ausschnitts aus der neuen Oberfläche 1 mit der Darstellung eines einzelnen Elementes 2, welches jedoch federnd nachgiebig ausgebildet ist. Auch die Gestalt des Elements 2 ist neu. Das Element 2 weist einen ersten Schenkel 6 und einen anderen Schenkel 7 auf, die in einem Winkel von annähernd 90° miteinander so verbunden sind, daß sich etwa ein L-förmiger Querschnitt ergibt. Dabei ist der der Oberfläche 1 zugekehrte Schenkel 6 etwa senkrecht oder nur leicht geneigt zu der Oberfläche 1 angeordnet, während der andere Schenkel 7 sich im Ab stand etwa parallel zu der Ebene der Oberfläche 1 befindet. Der Schenkel 7 läuft in Strömungsrichtung 3 spitz zu bzw. aus. In durchgezogener Linienführung ist die Stellung dar gestellt, die sich aufgrund anliegender Strömung und hoher Schubspannung ergibt. Hierbei wird das Element 2 im Bereich des Schenkels 6 federnd nachgiebig gekrümmt bzw. gebogen, so daß sich der andere Schenkel 7 in eine Relativlage etwa parallel zu der Ebene der Oberfläche 1 begibt. Bei einem Abfall der Schubspannung, wie es typisch für eine fast ab gelöste Strömung ist, richtet sich das Element 2 mehr oder weniger in seine rückfederungsfreie Normalstellung auf, die in gestrichelter Linienführung angedeutet ist. Dabei wird von der Spitze des Schenkels 7 ein Federweg 8 zurück gelegt. Während sich der Schenkel 6 auch in dieser Stellung mehr oder weniger senkrecht zu der Oberfläche 1 erstreckt, liegt der andere Schenkel 7 nunmehr nicht mehr parallel zu der Ebene der Oberfläche 1, sondern steht in Strömungsrich tung vor, so daß hier eine rauhe zweite Oberfläche ge schaffen wird, die gleichsam als Sekundäroberfläche bezeich net werden könnte. Diese rauhe Oberfläche trägt zu einer erhöhten Durchmischung im Grenzschichtbereich bei. Das Ele ment 2 kann aus dünnem, blattfederartigem Material ausge bildet sein, damit eine reproduzierbare Rückstellung je nach den Strömungsbedingungen eintritt und eine insoweit auf wendigere Verstelleinrichtung mit Fremdkraft vermieden wird. Es versteht sich, daß auf einer Oberfläche 1 nicht nur ein einziges Element 2, sondern eine Vielzahl bzw. zumindest eine Mehrzahl davon, vorgesehen sind, wie dies anhand der Schnittdarstellung der Fig. 4 und 5 erkenn bar wird. Bei hoher Schubspannung (Fig. 4) werden die Elemente 2 durch die auf sie einwirkenden Kräfte entgegen ihrer Rückstellfederungskraft so verbogen, daß sich die anderen Schenkel 7 aufeinanderlegen bzw. aneinander ab stützen, so daß durch sie gleichsam die Ebene der Ober fläche 1 im Abstand noch einmal nachgebildet wird. Es handelt sich jedoch um eine vergleichsweise glatte Ebene, so daß diese einen entsprechend niedrigen Widerstand er zeugt. Bei niedriger Schubspannung und fast abgelöster Strömung hingegen ergibt sich die aus Fig. 5 ersichtliche Relativlage. Die auf die Elemente 2 einwirkenden Kräfte werden geringer, so daß sich das Rückstellvermögen des federnden Werkstoffes so bemerkbar macht, daß die einzel nen Elemente 2 aufgerichtet werden. Hierdurch gelangen die Schenkel 7 in eine schuppenartige Relativlage zueinander, was eine rauhe Oberfläche mit entsprechender Durchmischung in der Grenzschicht bedeutet. Die Elemente 2 sind gleich gerichtet angeordnet und, wie aus den Zeichnungen ersicht lich, in Strömungsrichtung 3 ausgerichtet vorgesehen. Fig. 3, the single figure shows a section of the new surface 1 with the representation of an individual element 2, but which is formed resiliently. The shape of element 2 is also new. The element 2 has a first leg 6 and another leg 7 , which are connected to one another at an angle of approximately 90 ° so that there is approximately an L-shaped cross section. Here, the surface 1 facing leg 6 is approximately perpendicular or slightly inclined to the surface 1 is arranged, while the other leg 7 was located in From about is parallel to the plane of the surface. 1 The leg 7 tapers in or out in the direction of flow 3 . In a solid line, the position is shown, which results from the current and high shear stress. Here, the element 2 is resiliently curved or bent in the region of the leg 6 , so that the other leg 7 moves into a relative position approximately parallel to the plane of the surface 1 . In the event of a drop in the shear stress, as is typical for an almost separated flow, the element 2 straightens up more or less into its spring-back-free normal position, which is indicated in dashed lines. Here, a spring travel 8 is covered from the tip of the leg 7 . While the leg 6 extends in this position more or less perpendicular to the surface 1 , the other leg 7 is no longer parallel to the plane of the surface 1 , but is in the direction of flow, so that here a rough second surface ge will create what could be described as a secondary surface. This rough surface contributes to increased mixing in the boundary layer area. The ele ment 2 can be made of thin, leaf spring-like material so that a reproducible resetting occurs depending on the flow conditions and, in this respect, a more maneuverable adjustment device with external force is avoided. It is understood that not only a single element 2 , but a plurality or at least a plurality thereof are provided on a surface 1 , as can be seen from the sectional view of FIGS. 4 and 5. At high shear stress ( Fig. 4), the elements 2 are bent by the forces acting on them against their return spring force so that the other legs 7 rest on each other or against each other, so that the surface of the upper surface 1 at a distance through them is reproduced again. However, it is a comparatively smooth level, so that it generates a correspondingly low resistance. With low shear stress and almost detached flow, however, the relative position shown in FIG. 5 results. The forces acting on the elements 2 are lower, so that the resilience of the resilient material becomes so noticeable that the individual elements 2 are erected. As a result, the legs 7 come into a scale-like relative position to one another, which means a rough surface with appropriate mixing in the boundary layer. The elements 2 are arranged in the same direction and, as ersicht Lich from the drawings, provided aligned in the flow direction 3 .

Anhand der Fig. 6 und 7 ist eine weitere Ausführungs möglichkeit der Elemente 2 dargestellt. Jedes Element 2 besitzt zwar auch hier einen ersten Schenkel 6 und einen zweiten Schenkel 7, ist jedoch mit Hilfe des Gelenks 9 an der Oberfläche 1 bzw. in der Oberfläche gelagert, so daß auch hier - freilich anders - eine Verstellung des Elements 2 durch die einwirkenden Kräfte stattfindet. In Fig. 6 ist in durchgezogener Linienführung die Relativ lage bei hoher Schubspannung und in gestrichelter Linien führung bei niedriger Schubspannung verdeutlicht. Beide Relativlagen unterscheiden sich um den Verstellwag 10. Referring to Figs. 6 and 7, a further execution possibility is shown of the elements 2. Although each element 2 also has a first leg 6 and a second leg 7 here , it is mounted on the surface 1 or in the surface with the aid of the joint 9 , so that here too - although different - an adjustment of the element 2 by the acting forces takes place. In Fig. 6, the relative position at high shear stress and in dashed lines at low shear stress is shown in solid lines. Both relative positions differ by the adjustment carriage 10 .

Es versteht sich, daß hier zwei Relativlagen darge stellt sind. Entsprechend den Strömungsbedingungen ergibt sich eine kontinuierliche bzw. stufenlose Verstellung je nach den herrschenden Strömungsbedingungen.It is understood that here two relative positions Darge represents are. According to the flow conditions a continuous or stepless adjustment according to the current flow conditions.

Fig. 7 verdeutlicht die Stellung einer Mehrzahl von Elementen 2 gemäß Fig. 6 bei niedriger Schubspannung und fast abgelöster Strömung. Typisch für diesen Strömungszu stand ist ein Druckanstieg entgegengesetzt zur Strömungs richtung 3, der wiederum Ursache für eine Sekundärströmung gemäß den Pfeilen 11 ist. Diese Sekundärströmung gemäß den Pfeilen 11 wirkt auf nicht weiter verdeutlichte Flächenelemente an den Schenkeln 6 ein, die zu diesem Zweck lange, flache Schäfte aufweisen können. Diese Schäfte be sitzen einen Widerstand in der Sekundärströmung gemäß den Pfeilen 11, so daß auf diese Weise die Verstellung der Elemente 2 um die Gelenke 9 erfolgt. Bei kleiner Schub spannung und ansteigendem Druckverlauf in Strömungsrichtung 3 führt dieser Verstellmechanismus zu der Einstellung eines Gleichgewichtszustands der Kräfte an den Elementen 2, her rührend von Schubspannungen und Drücken, die beide etwa proportional der Strömungsgeschwindigkeit sind. Dies be deutet, daß die Elemente 2 unabhängig von der Strömungsge schwindigkeit eingestellt werden. FIG. 7 illustrates the position of a plurality of elements 2 according to FIG. 6 with a low shear stress and an almost separated flow. Typical for this Strömzu stood a pressure increase opposite to the flow direction 3 , which in turn is the cause of a secondary flow according to the arrows 11 . This secondary flow according to the arrows 11 acts on surface elements on the legs 6 which are not further illustrated and which for this purpose can have long, flat shafts. These shafts be sitting a resistance in the secondary flow according to the arrows 11 , so that the adjustment of the elements 2 about the joints 9 takes place in this way. With a small shear stress and increasing pressure curve in the flow direction 3 , this adjustment mechanism leads to the setting of an equilibrium state of the forces on the elements 2 , coming from shear stresses and pressures, both of which are approximately proportional to the flow velocity. This means that the elements 2 are set independently of the speed of the flow.

In Fig. 5 ist dargestellt, daß die Oberfläche 1 in jedem Fall auch mit Schlitzen 12 versehen sein kann, durch die ein Fluid zusätzlich ausgeblasen werden kann. Das Ausblasen erfolgt immer etwa in Strömungsrichtung 3. Durch die Schlitze 12 kann aber auch ein Polymer-Additiv ausgebracht werden, welches zu einer weiteren Widerstandsverminderung beiträgt.In Fig. 5 it is shown that the surface 1 may be provided in each case with slits 12, through which a fluid can additionally be blown out. The blowing out always takes place approximately in the direction of flow 3 . Through the slots 12 , however, a polymer additive can also be applied, which contributes to a further reduction in resistance.

Die konstruktive Ausbildung der variabel einstellbaren Ele mente 2 kann in verschiedener Weise erfolgen, da die Größe der Elemente 2 nicht von vornherein festliegt. Die Elemente 2 können aus Blech oder Kunststoff gefertigt werden und auch aus Einzelteilen zusammengefügt werden, sofern die Ele mente 2 in der Zentimeter-Größenordnung vorgesehen sind. Bei sehr kleinen Strukturen aus den Elementen 2 in der Millimeter-Größenordnung und darunter können Herstellungs techniken zum Einsatz kommen, wie sie beim Weben von Samt, Webpelzen o. dgl. bekannt sind. In allen Fällen sind die Elemente 2 flach ausgebildet, einheitlich orientiert und laufen hinten möglichst spitz zu. The constructive design of the variably adjustable Ele elements 2 can be done in various ways, as the size of the elements 2 is not fixed from the outset. The elements 2 may be made of sheet metal or plastic and are also assembled from individual parts, magnitude-centimeter long as the elements 2 in the Ele are provided. In the case of very small structures made up of the elements 2 in the millimeter range and below, manufacturing techniques can be used as are known for weaving velvet, faux fur or the like. In all cases, the elements 2 are flat, uniformly oriented and taper as sharply as possible at the rear.

Reference symbol list
1 = surface
2 = elements
3 = flow direction
4 = longitudinal vertebrae
5 = directional arrows
6 = leg
7 = leg
8 = travel
9 = joint
10 = adjustment path
11 = arrow
12 = slot

Claims

1. To avoid flow separation formed surface of a flow-around body with a plurality of elements ( 2 ), which protrude from the plane of the surface ( 1 ) protruding into the flow, and have such a shape that with mixing in a boundary layer Energy is supplied to the boundary layer near the wall, characterized in that the elements ( 2 ) have an L-shaped cross section on the one hand, with one leg ( 6 ) facing the surface ( 1 ) approximately perpendicular to the surface ( 1 ) and with the other leg ( 7 ) are arranged approximately parallel to the surface ( 1 ) in the direction of flow, and that the elements ( 2 ) on the other hand are arranged so as to be adjustable relative to the plane of the surface ( 1 ), so that they cause mixing when there is an impending flow separation, but when the flow is present the resistance is reduced Recreate the surface level.

2. Surface according to claim 1, characterized in that the elements ( 2 ) are resilient and / or articulated to the surface ( 1 ).

3. Surface according to claim 1 and 2, characterized in that the elements ( 2 ) by the flow forces themselves and / or by external force are adjustable angeord net.

4. Surface according to claim 1, characterized in that the approximately perpendicular to the surface ( 1 ) erstrec kende one leg ( 6 ) of the elements ( 2 ) has a transverse to the flow direction ( 3 ) extending Flachaus education, one opposite to the current direction of secondary flow offers resistance.

5. Surface according to claim 1, characterized in that the approximately in the flow direction ( 3 ) extending other leg ( 7 ) of the elements ( 2 ) in the direction of flow is tapered.

6. Surface according to claim 5, characterized in that on the surface exposed to the flow ( 1 ) of the other leg ( 7 ) of the elements ( 2 ) in the flow direction, resistance-reducing longitudinal grooves with sharp burrs are provided.

7. Surface according to claim 1 to 6, characterized in that in the surface ( 1 ) between the elements ( 2 ) slots ( 12 ) for applying resistance-reducing polymer additives among the elements ( 2 ) are easily seen.