RU2063357C1

RU2063357C1 - Method of reduction of hydroaerodynamic resistance to body motion

Info

Publication number: RU2063357C1
Application number: SU914936932A
Authority: RU
Inventors: Александр Петрович Богачев; Петр Александрович Богачев; Евдокия Константиновна Богачева
Original assignee: Александр Петрович Богачев; Петр Александрович Богачев; Евдокия Константиновна Богачева
Priority date: 1991-03-04
Filing date: 1991-03-04
Publication date: 1996-07-10

Abstract

FIELD: shipbuilding; ; aircraft manufacture and rocketry. SUBSTANCE: method consists in creating periodic normal oscillations of streamlined surface of body. Frequency of these oscillations is selected from condition ωt ≫ 1 where ω is frequency of oscillations of body surface and t is period of relaxation fluctuations of pressure in boundary layer. EFFECT: increased speed of surface and submersible vessels, aircraft and rockets and enhanced economical efficiency. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к судостроению, а также авиа- и ракетостроению и может быть использовано для увеличения скорости и повышения экономичности движения надводных и подводных судов, полетов самолетов и ракет. Кроме того, оно может быть применено для снижения сопротивления потока газа или жидкости во внутренней задаче обтекания, например в трубопроводе или газопроводе. Изобретение позволит также уменьшить нагрев обтекаемой поверхности. The invention relates to shipbuilding, as well as aircraft and rocket science and can be used to increase speed and increase the efficiency of movement of surface and submarine ships, aircraft and missile flights. In addition, it can be used to reduce the resistance of a gas or liquid flow in an internal flow problem, for example, in a pipeline or gas pipeline. The invention will also reduce the heating of the streamlined surface.

Известен способ снижения гидроаэродинамического сопротивления движению тела, реализованный в устройстве (cм. заявку N 54-33438 на патент Японии "Устройство для снижения сопротивления корпуса судна потоку воды", кл. 5/1-493, опубл. 20.10.79 г. N 5-836) и заключающийся в создании периодических колебаний обтекаемой поверхности корпуса судна, а также волны колебаний поверхности, бегущей вниз по потоку с той же скоростью, что и сам поток. A known method of reducing hydro-aerodynamic resistance to body movement, implemented in the device (see application N 54-33438 for Japan patent "Device for reducing the resistance of the hull of the vessel to the flow of water", CL 5 / 1-493, publ. 20.10.79, N 5 -836), which consists in creating periodic oscillations of the streamlined surface of the ship's hull, as well as waves of surface vibrations running downstream at the same speed as the stream itself.

Недостаток известного способа состоит в низкой эффективности его действия. The disadvantage of this method is the low efficiency of its action.

Результат от использования изобретения увеличение скорости и экономичности движения, подавление ударной волны, а также снижение тепловой нагрузки на обтекаемую поверхность. The result of using the invention is an increase in the speed and economy of movement, suppression of the shock wave, as well as a decrease in the thermal load on the streamlined surface.

Указанный результат достигается путем создания периодических нормальных колебаний обтекаемой поверхности тела, а их частоту выбирают из условия возникновения релаксационных колебаний давления в пограничном слое:
w•t>1,
где w частота колебаний поверхности тела;
t период релаксационных колебаний давления в пограничном слое.The specified result is achieved by creating periodic normal oscillations of the streamlined body surface, and their frequency is selected from the condition for the occurrence of relaxation pressure oscillations in the boundary layer:
w • t> 1,
where w is the frequency of oscillations of the surface of the body;
t is the period of relaxation pressure oscillations in the boundary layer.

Кроме того, на отдельных участках площади обтекаемой поверхности создают нормальные колебания различных амплитуд и частот. In addition, in certain areas of the streamlined surface create normal vibrations of various amplitudes and frequencies.

Сущность способа состоит в следующем. The essence of the method is as follows.

Периодические нормальные колебания поверхности, испытывающей гидроаэродинамическое сопротивление, приводят к колебаниям пограничного слоя обтекающего ее потока. Periodic normal vibrations of a surface undergoing hydroaerodynamic resistance lead to vibrations of the boundary layer of the stream flowing around it.

На фиг. 1 и 2 показан обтекаемый профиль, поверхности которого совершают нормальные периодические колебания: синфазные и на двух формах колебаний, соответственно. Пунктиром показаны крайние за период колебаний положения обтекаемых поверхностей. Стрелки указывают направление потока и положение пограничного слоя вблизи колеблющихся поверхностей профиля для случая существования релаксационных колебаний давления в пограничном слое. In FIG. Figures 1 and 2 show a streamlined profile, the surfaces of which perform normal periodic oscillations: in-phase and in two vibration modes, respectively. The dotted line shows the extreme for the period of fluctuations in the position of the streamlined surfaces. The arrows indicate the direction of flow and the position of the boundary layer near the vibrating profile surfaces for the case of the existence of relaxation pressure oscillations in the boundary layer.

Для низких частот колебаний справедливо условие:
w•t<1, т.е. T>t,
где w частота нормальных колебаний обтекаемой поверхности;
t период релаксационных колебаний давления в пограничном слое;
Т период колебаний обтекаемой поверхности.For low vibration frequencies, the condition is true:
w • t <1, i.e. T> t
where w is the frequency of normal vibrations of the streamlined surface;
t period of relaxation pressure fluctuations in the boundary layer;
T is the period of oscillation of the streamlined surface.

В этом случае, колебания обтекаемой поверхности и давления в пограничном слое вблизи нее синфазны и равновесное состояние давления успевает за период Т колебаний полностью восстановиться во всем объеме пограничного слоя. In this case, the oscillations of the streamlined surface and the pressure in the boundary layer near it are in phase and the equilibrium state of pressure manages to completely recover over the entire period of the boundary layer over the period T of the oscillations.

Для высоких частот колебаний
w•t>1, т.е. T<t,
вследствие инерционности пограничного слоя, релаксационный процесс восстановления давления не успевает пройти по всей толщине пограничного слоя. Это приводит к отставанию колебаний давления в пограничном слое по фазе на 180 относительно колебаний обтекаемой поверхности и, в среднем за период колебаний Т, к уменьшению времени соприкосновения пограничного слоя с обтекаемой поверхностью, а также величины давления (плотности среды) между ними, т.е. снижению трения.For high vibration frequencies
w • t> 1, i.e. T <t
due to the inertia of the boundary layer, the relaxation process of pressure restoration does not have time to go through the entire thickness of the boundary layer. This leads to a 180-phase lag in pressure fluctuations in the boundary layer relative to the oscillations of the streamlined surface and, on average over the period of oscillations T, to a decrease in the contact time of the boundary layer with the streamlined surface, as well as the pressure (density of the medium) between them, i.e. . reduce friction.

Ввиду асимптотической зависимости гидроаэродинамического сопротивления от амплитуды и частоты обтекаемой поверхности, эти параметры могут быть выбраны такими, чтобы величина, характеризующая сопротивление движению приобрела свое оптимальное значение с точки зрения затрат энергии на создание колебаний. Due to the asymptotic dependence of hydroaerodynamic resistance on the amplitude and frequency of the streamlined surface, these parameters can be chosen so that the value characterizing the resistance to movement acquires its optimal value in terms of energy consumption for creating oscillations.

Различные участки площади обтекаемой поверхности сложной формы оказывают различное сопротивление движению. На таких участках поверхности величины релаксационных колебаний давления также могут быть выбраны различными, соответственно вкладу каждого участка в суммарное сопротивление тела. Амплитуды и частоты колебаний отдельных участков обтекаемой поверхности могут быть выбраны также с учетом технических ограничений, связанных с конструкцией, аппаратурой и т.д. Different sections of the streamlined surface of complex shape have different resistance to movement. On such surface sections, the values of relaxation pressure oscillations can also be chosen different, respectively, to the contribution of each section to the total resistance of the body. The amplitudes and frequencies of oscillations of individual sections of the streamlined surface can also be selected taking into account technical limitations associated with the design, equipment, etc.

Параметры колебаний обтекаемой потоком жидкости поверхности могут быть выбраны такими, чтобы на границе поверхности и пограничного слоя возник режим кавитации. При этом парогазовые пузырьки, образующиеся на испытывающей гидродинамическое сопротивление поверхности будут выполнять роль смазки между поверхностью и пограничным слоем, уменьшая трение между ними и снижая сопротивление движению. The oscillation parameters of the surface streamlined by the fluid flow can be chosen such that a cavitation mode arises at the boundary of the surface and the boundary layer. In this case, vapor-gas bubbles formed on the surface experiencing hydrodynamic resistance will act as a lubricant between the surface and the boundary layer, reducing friction between them and reducing resistance to movement.

Claims

1. A method of reducing hydroaerodynamic resistance to body movement, which consists in creating periodic oscillations of the streamlined body surface, characterized in that normal oscillations are excited on the streamlined surface, and their frequency is selected from the condition
ωt ≫ 1,
where ω is the frequency of normal vibrations of the streamlined body surface;
t is the period of relaxation pressure oscillations in the boundary layer of the flowing medium.

2. The method according to claim 1, characterized in that in some parts of the area of the streamlined surface create normal vibrations of various amplitudes and frequencies.