NO318410B1 - Lastbaerende konstruksjon med redusert tippvirvel - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en konstruksjon som tilveiebringer løft i strømmen av et fiuidmedium, hvor tippvirvlene som den frembringer i denne strømmen er redusert.

Den kan finne en anvendelse innenfor tallrike områder, såsom ved flyvinger og balanserar, enkelte vedheng for havgående fartøyer, såsom Finner, anti-rulle-finner, ror, propellblader, osv., og ved enkelte deflektorer eller avbøyningsinnretninger som benyttes ved akustiske tester til sjøs.

Tippvirvler frembringes ved den frie ende av alle disse bærekonstruksjoner, og skyldes bevegelse av fluidet på tvers av strømningsretningen, fra høytrykkssiden til lavtrykkssiden, idet bevegelsen er rundt konstruksjonens frie ende. En tippvirvel har generelt et lite tverrsnitt, men en høy rotasjonshastighet. Den er svært koherent, dvs. at dens energi er konsentrert i et redusert volum; den er ikke særlig utsatt for spredning som skyldes viskositet, og den opprettholdes i ganske lang tid. Den finnes derfor nedstrøms i strømmen langt fra den konstruksjon som dannet den,

. hvilket er skadelig dersom det er ønskelig å skille mellom akustiske signaler, eller dersom det skal gjøres akustiske målinger på dette punkt; og ettersom virvelens hastighet er enda større jo nærmere man kommer sentrum, kan det lave trykk som

oppstår nå væskens kavitasjonspunkt, hvilket ytterligere øker støyen og godt kan bryte ned selve konstruksjonen.

Tippvirvler finnes også når en tverrgående plate installeres ved enden av den bærende konstruksjon, for å forbedre løftet eller redusere bevegelsesmotstanden ved å redusere den tverrgående fluidstrøm mellom høytrykkssiden og lavtrykkssiden; den dannes da ved kanten av platen, og videre har den betydelig større koherens enn på en strømlinjet ende av en konstruksjon såsom en tradisjonell vinge.

Tiltak som er ment å redusere tippvirvel en har blitt foreslått: således har det flate parti hvor virvelen blir dannet blitt gjort mer ru, i det håp å øke friksjonen på dette

punkt og forlenge den viskøse kjerne som dannes i virvelens senter, slik at spredningen dermed økes; en annen idé har vært å foreta boringer ved konstruksjonens tipp, for å frembringe lokale trykktap; men virkningen av disse tiltak forblir ubevist, med det resultat at de generelt ikke benyttes.

Sammendraget i patent JP 04 314 693 A (publisert i «Patent Abstract of Japan», vol. 017, nr. 136 (M-l 384), 19. mars 1993) beskriver et propellblad som har en ende som er tannet med rygger som sprer tippvirvel en.

Hensikten méd oppfinnelsen er å redusere virkningene av en tippvirvel ved et mer effektivt angrep på dens koherens.

Den innretningen som benyttes plasseres på en fri endekontur av en konstruksjon

for å frembringe løft i et fluidmedium som utsettes for en strøm, en konstruksjon

har en hovedutstrekningsretning, og ved enden av denne befinner konturen seg; og innretningen består av.en flerhet av rygger som er anordnet etter hverandre i strømningsretningen og står på skrå i forhold til strømningsretningen, eller eventuelt vinkelrett på denne retningen. Ryggene er anordnet på en plate som for å øke løft er påsatt på den frie ende av den bærende konstruksjon, og som står tilnærmet vinkelrett på et hovedparti av konstruksjonen. Platen har den frie endekontur, og ryggene er anordnet på. en kant av platen som forløper tilnærmet i retning av strømmen og befinner seg på en lavtrykksside av fluidet, avgrenset av konstruksjonens hovedparti.

Ryggene har den virkning at de deler virvelen i flere mindre virvler som befinner. seg ved siden av hverandre, slik at de motvirker hverandre og svekker hverandre; videre vil det bli frembragt turbulenser ved de punkter hvor virvlene oppstår, og de vil ha den virkning at de reduserer virvlenes intensitet.

Det kan derfor antas at faren for kavitasjon vil bli mindre og at virvler som er gjenværende nedstrøms den bærende konstruksjon vil bli redusert.

Andre aspekter og fordeler ved oppfinnelsen vil bli beskrevet ved hjelp av dé

. følgende figurer, som viser enkelte av dens mulige utførelser:

fig. 1 er et generelt riss av en bærende konstruksjon som er forsynt med oppfinnelsen;

fig. 2 viser i nærmere detalj en plate for å forbedre løft, som igjen er forsynt med oppfinnelsen;

fig. 2A viser en detalj av en annen bærende plate ifølge oppfinnelsen;

fig. 3 viser forekomsten av en tippvirvel på en bærende konstruksjon som ikke er forsynt med oppfinnelsen;

fig. 4 viser oppfinnelsens virkning på tippvirvel en;

fig. 5, 6 og 7 viser andre former av det ryggbærende platestykke; og fig. 8 viser skjematisk bruken av oppfinnelsen på en tauet linje av hydrofoner; og fig. 9 viser en annen utførelse av oppfinnelsen, uten en endeplate som kan tilpasses til en vinge eller til et helikopterblad.

Konstruksjonen på fig. 1 har den generelle form av en vinge, selv om den i virkeligheten er en deflektor eller avbøyningsinnretning, med en funksjon som nedenfor vil bli beskrevet i forbindelse med fig. 8. Den omfatter et langstrakt legeme 1, som er avgrenset av en kontinuerlig kappe 2 (men som kun er delvis vist på figuren, for å vise innsiden av legemet 1), og som har sider som er krumme slik at kappen 2 har en utvendig bueflate 3 som korresponderer med fluidets lavtrykksside, og en innvendig bueflate 4 som korresponderer med dets høytrykksside.

En av endene av legemet 1, fortrinnsvis begge, er forsynt med en plate 8 som har til hensikt å justere vannstrømmen ved endene av legemet 1 når dette beveges. Denne platen strekker seg utenfor omrisset av vingen på .en slik måte at det dannes en flens med variabel høyde i forhold til omrisset. Den omfatter en øvre kant 12 og en nedre kant 11.

Den noe forskjellige utførelse på fig. 2 omfatter en ribbe 15a mellom de to tidligere omtalte og en fjerde 15b, som er plassert på den motsatte flate og dreiet mot legemet 1, over den utvendige bueflate 3..

Det viktigste element ved oppfinnelsen er et langstrakt platestykke 16 som har

sider som er forsynt med hakk 17 som gir det det tannete utseendet av et sagblad. Platestykket 16 er sveiset til platen 8 over et rettlinjet parti 13 av den øvre kant 12 nær den bakre kant 10 av legemet 1, og dets lengderetning forløper i likhet med ribbene 15 i retning av fluidstrømmen. Kantene av hakkene 17 omfatter rygger 18 som er plassert på skrå mot angrepskanten 9 på legemet 1.

Det skal vises til fig. 3, som viser en deflektor som ligner den tidligere beskrevet, men som ikke er forsynt med platestykket 16, idet det ses at en virvel 19 dannes ved de punkter i fluidet hvor deflektoren utsettes for trykkforskjellene, dvs. hovedsakelig ved den øvre kant 12 av platen 8. Denne virvelen opprettholdes i lang tid bak deflektoren når den beveger seg. Dersom platestykket 16 påsettes, viser fig.

4 at det dannes en mer redusert virvel 20 på hver av de forover vendende rygger 18.

I en slik situasjon har de fluidstrømmer som er felles for to tilstøtende virvler motsatte hastigheter, som er tilbøyelige til å oppheve hverandre, siden alle hvirvlene 20 roterer i samme retning. Resultatet er en betydelig spredning av energi, hvilket meget raskt demper virvelbevegelsen. Videre frembringes separasjoner av strømmen på ryggene 18, hvilket frembringer turbulenser og motvirker dannelsen av virvlene 20. Det oppnås derved en betydelig reduksjon i virvelens koherens og de tverrgående hastigheter og en akselerasjon av virvelspredningen.

Platestykket 16 har blitt installert på det punkt hvor det eksperimentelt er funnet at det er mest nyttig, dvs. på det parti av kanten av det bærende element som vender mot den utvendige bueflate 3, og mer bestemt nær den bakre kant 10. Det kunne tenkes å bli plassert andre steder, dvs. i andre posisjoner mellom den øvre kant 12 og den nedre kant 11 av platen 8. Tilsvarende kan hakkene 17 som er anordnet på platestykket 16 lages direkte i kantene 11 og 12 av platen 8, hvilket vil føre til et lignende resultat, som vist med platen 8A, som det er vist en detalj av på fig. 2A.

Dersom legemet l ikke var forsynt med platen 8, kunne platestykket 16 likevel installeres nær den frie endekontur av legemet 1, ved forbindelsen mellom den utvendige bueflate 3 og den innvendige bueflate 4.

Det er andre muligheter for utforming av platestykket 16: fig. 5, 6 og 7 gir enkelte eksempler på dette: Det vil således være mulig (fig. 5) å erstatte det sagblad formede platestykket 16 med et platestykke 21 som består av trekantede tenner som er anordnet på én enkelt side; idet dets rette kant 22 ville bli sveiset til platen 8.

Fig. 6 viser et platestykke 23 som har trekantede tenner som er erstattet av halvsirkulære tenner 24"som oppviser krumme rygger 25 overfor fluidet. Til slutt viser fig. 7 et platestykke 26 med rektangulære tenner 27 som har rygger 28 som står vinkelrett på fluidstrømmen. Disse platestykker 23 og 26 har igjen en rett kant som forbinder de to motsatte rekker av tenner 24 og 27, ved hjelp av hvilke de kan sveises til platen 8.

Deflektoren i de foregående figurer kan plasseres på en line 29 av hydrofoner 30 eller andre akustiske sensorer som taues av et skip 31 for å foreta seismiske målinger til sjøs. Deflektoren er plassert vertikalt mellom hydrofonene 30 og skipet 31; idet den er neddykket, men holdes på en konstant dybde av en flottør 32. Dens hensikt er å utøve et løft i sideretningen for å avbøye linjen 29 sideveis, slik at hydrofonene 30 holdes bort fra kjølevannet til skipet 31. Ytterligere detaljer ved denne type deflektor finnes i US patent 5 357 892. Ulempen med deflektorer er imidlertid at tippvirvler som oppstår ved dens ende og er tilstede langt nede i kjølevannet forstyrrer den rommelige posisjon og målingene av hydrofonene 30. Dette er grunnen til at et platestykke såsom 16. ifølge oppfinnelsen påsettes, fortrinnsvis på hver av deflektorens ender.

Oppfinnelsen kan benyttes på bærekonstruksjoner (vinger eller propeller) som ikke er forsynt med platen 8. Fig. 9 viser således et balanserer 33 som ganske enkelt har blitt forsynt med hakk på den del 34 som befinner seg tilstøtende den bakre kant 35 av den frie ende 36, for å danne trekantede tenner 37 som også har rygger 38 som er orientert på skrå i forhold til retningen av strømmen. Den fordelaktige virkning av de tidligere utførelser oppnås igjen. Et slikt balanseror 33 kunne også bli forsynt med et platestykke 16, 21, 23 eller 26 tilsvarende det som er vist på de tidligere figurer.

Ved en sammenligning av utførelsen på fig. 9 med det som er vist på fig. 1 og. 2,

ses det at ryggene som utgjør oppfinnelsen kan være i samme plan med den komponent som danner den frie endekontur (balanseroret 33) og de kan stå vinkelrett på denne komponent (platen 8). Mellomliggende orienteringer er også mulig.

Claims (8)

1. Konstruksjon for frembringelse av løft i et fluidmedium som utsettes for en strøm, hvor konstruksjonen har en hovedutstrekningsretning og ér avsluttet i en fri endekontur (12, 36), hvor den frie endekontur omfatter en flerhet av rygger (18, 25, 28, 38) som er anordnet etter hverandre i retning av strømmen og står på skrå eller vinkelrett i forhold til retningen av den lokale strøm, karakterisert ved at den er forsynt med en endekonstruksjon som omfatter en plate (8) som står tilnærmet vinkelrett på et hovedparti av konstruksjonen, og som innehar den frie endekontur (12), og ved at ryggene befinner seg på en kant av platen som forløper tilnærmet i retning av strømmen og befinner seg på en lavtrykksside (3) av fluidet, avgrenset av konstruksjonens hovedparti (1).

2. Konstruksjon ifølge krav 1, karakterisert ved at ryggene befinner seg på et parti (13, 34) av endekonturen tilstøtende en bakre kant (10, 35) av konstruksjonen!

3. Konstruksjon ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at ryggene er dannet av kanter av hakk som er laget i platen (8A).

4. Konstruksjon ifølge et av kravene .1-3, karakterisert ved. at ryggene (18) forløper på begge sider av den frie endekontur (12).

5. Konstruksjon, ifølge et av kravene 1-4, karakterisert ved at ryggene er dannet på en tannet kontur av et platestykke (16, 21, 23, 26).

6. Konstruksjon ifølge et av kravene 1-5, karakterisert ved at den vedrører en luftbåret eller en havgående fartøysvinge.

7. Konstruksjon ifølge et av kravene 1-5, karakterisert ved at den vedrører et propellblad.

8. Konstruksjon ifølge et av kravene 1-5, karakterisert ved at den vedrører en deflektor som henger fra en flottør og er installert på en line (29) som taues i sjøen, mellom et skip (31) og i det minste én akustisk sensor (30), såsom en hydrofon.