RU2173658C1 - Method of reducing drag of moving object and device for its embodiment - Google Patents
Method of reducing drag of moving object and device for its embodiment Download PDFInfo
- Publication number
- RU2173658C1 RU2173658C1 RU2000131567/28A RU2000131567A RU2173658C1 RU 2173658 C1 RU2173658 C1 RU 2173658C1 RU 2000131567/28 A RU2000131567/28 A RU 2000131567/28A RU 2000131567 A RU2000131567 A RU 2000131567A RU 2173658 C1 RU2173658 C1 RU 2173658C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- flow
- reflecting
- reflective
- moving object
- angle
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
- B64C23/00—Influencing air flow over aircraft surfaces, not otherwise provided for
- B64C23/02—Influencing air flow over aircraft surfaces, not otherwise provided for by means of rotating members of cylindrical or similar form
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
- B62D—MOTOR VEHICLES; TRAILERS
- B62D35/00—Vehicle bodies characterised by streamlining
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
- F15D—FLUID DYNAMICS, i.e. METHODS OR MEANS FOR INFLUENCING THE FLOW OF GASES OR LIQUIDS
- F15D1/00—Influencing flow of fluids
- F15D1/10—Influencing flow of fluids around bodies of solid material
Abstract
Description
Изобретение относится к машиностроению, предназначено для снижения лобового сопротивления обтекаемых жидкостью или газом поверхностей и может быть использовано преимущественно в самолетостроении, автомобилестроении, а также в других областях, где происходит обтекание поверхности объекта потоком вязкой среды. The invention relates to mechanical engineering, is intended to reduce the drag of a fluid or gas streamlined surface, and can be used primarily in aircraft, automotive, and other areas where a viscous medium flows around the surface of an object.
Известны различные способы и устройства для создания вихревых потоков на несущих поверхностях, обтекаемых вязкой текучей средой (RU 907971, 1995, US 5972326, 1999, RU 2001833, 1990). There are various methods and devices for creating vortex flows on bearing surfaces streamlined by a viscous fluid (RU 907971, 1995, US 5972326, 1999, RU 2001833, 1990).
В этих технических решениях на несущих поверхностях создают вихревые течения, за счет чего уменьшается составляющая трения лобового сопротивления движущегося объекта путем создания пограничного слоя качения. Однако такая замена приводит к недостаточной эффективности снижения общего лобового сопротивления из-за наличия сопротивления давления. In these technical solutions, eddy flows are created on the bearing surfaces, due to which the friction component of the drag of a moving object by creating a rolling boundary layer is reduced. However, such a replacement leads to a lack of effectiveness in reducing the overall drag due to the presence of pressure resistance.
Наиболее близким для заявляемого способа и устройств является техническое решение (RU 2094313, 1997). The closest to the proposed method and devices is a technical solution (RU 2094313, 1997).
Известный способ включает изменение направления набегающего потока путем создания при помощи поверхностей около движущегося объекта вращающегося потока. The known method includes changing the direction of the oncoming flow by creating using the surfaces near a moving object a rotating stream.
В этом способе при обтекании несущей поверхности движущегося объекта потоком жидкости или газа в донной части вихреобразователя создается область пониженного давления с присоединенным вихрем. За счет донного разрежения часть потока из пограничного слоя на обтекаемой поверхности через щелевые отверстия перетекает в вихреобразователь, предотвращая отрыв потока, и направленной струей возвращается в поток на несущей поверхности. In this method, when a flow of liquid or gas flows around the bearing surface of a moving object in the bottom of the vortex generator, a region of reduced pressure is created with the vortex attached. Due to bottom rarefaction, part of the flow from the boundary layer on the streamlined surface flows through the slotted holes into the vortex generator, preventing flow separation, and returns with a directed stream to the flow on the bearing surface.
Известное устройство для уменьшения лобового сопротивления движущегося объекта содержит элементы, установленные на движущемся объекте и предназначенные для вращения набегающего потока. A known device for reducing drag of a moving object contains elements mounted on a moving object and designed to rotate the incoming flow.
Элементы в этом устройстве обтекаются набегающим потоком и выполнены в виде гребней, установленных поперек него и имеющих выпуклую и вогнутую поверхности. Выпуклая поверхность обращена навстречу набегающему потоку. Вихреобразователь этого устройства имеет поперечную перегородку, установленную в нем на всей высоте гребня. В донной части вихреобразователя выполнено сквозное щелевое отверстие, выходящее на обтекаемую поверхность. Elements in this device are surrounded by an oncoming flow and are made in the form of ridges mounted across it and having a convex and concave surface. The convex surface is facing towards the oncoming flow. The vortex generator of this device has a transverse partition installed in it at the entire height of the ridge. In the bottom part of the vortex generator, a through slotted hole is formed that opens onto a streamlined surface.
Ограничением известного технического решения также является недостаточное снижение общего лобового сопротивления из-за наличия сопротивления давления, которое имеет большую величину, чем силы трения. A limitation of the known technical solution is also an insufficient decrease in the total drag due to the presence of pressure resistance, which is larger than the friction force.
Решаемая изобретением задача - уменьшение лобового сопротивления движущегося объекта. The problem solved by the invention is to reduce the drag of a moving object.
Технический результат, который может быть получен при осуществлении заявленного способа, - уменьшение лобового сопротивления за счет снижения общего сопротивления давления. The technical result that can be obtained by implementing the inventive method is to reduce drag by reducing the total pressure resistance.
Техническим результатом, который может быть получен при осуществлении заявленного устройства, также является уменьшение лобового сопротивления. The technical result that can be obtained by implementing the claimed device is also to reduce drag.
Дополнительный технический результат, который может быть получен в дополнительных вариантах осуществления изобретения, - увеличение эффективности воздействия на движущийся объект в зависимости от его вида: воздушного транспортного средства или наземного. An additional technical result that can be obtained in additional embodiments of the invention is an increase in the impact on a moving object depending on its type: an air vehicle or a ground vehicle.
Для решения поставленной задачи с достижением технического результата в способе уменьшения лобового сопротивления движущегося объекта, в способе уменьшения лобового сопротивления движущегося объекта, включающем изменение направления набегающего потока путем создания около движущегося объекта при помощи поверхностей вращающегося потока, поверхности выполняют отражающими набегающий поток и располагают обеспечивающими параллельное направление сбегающего потока с движущегося объекта относительно направления набегающего потока на движущийся объект, причем центр вращающегося потока располагают на расстоянии, большем толщины пограничного слоя потока для каждой из отражающих поверхностей. To solve the problem with achieving a technical result in a method of reducing the drag of a moving object, in a method of reducing drag of a moving object, including changing the direction of the incoming flow by creating a rotating object near the moving object, the surfaces are made to reflect the incoming flow and are arranged to provide parallel direction runaway flow from a moving object relative to the direction of the incoming flow n moving object, wherein the center of the rotating flow in a distance greater than the thickness of the boundary layer flow for each of the reflective surfaces.
В качестве отражающих поверхностей могут быть использованы четыре элемента, на первый из которых поступает набегающий поток, его располагают под острым углом α1, большим 45o относительно набегающего потока, в качестве второго элемента используют базовую поверхность движущегося объекта и располагают его параллельно набегающему потоку, третий отражающий элемент располагают выше и перед первым отражающим элементом под углом α3= α1 относительно отраженного потока от второго отражающего элемента, четвертый из которых располагают на уровне второго отражающего элемента за первым отражающим элементом и располагают его под углом α4= α1 относительно отраженного потока от третьего отражающего элемента на расстоянии, обеспечивающем приход отраженного потока от четвертого отражающего элемента на первый отражающий элемент с обратной стороны.Four elements can be used as reflective surfaces, the first of which receives the incoming flow, it is placed at an acute angle α 1 greater than 45 o relative to the incoming flow, the base surface of a moving object is used as the second element and it is placed parallel to the incoming flow, the third reflective element is arranged above and in front of the first reflecting element at an angle α 3 = α 1 with respect to the reflected flux from the second reflecting element, the fourth of which have at the level of e second reflecting element behind the first reflective element and a at an angle α 4 = α 1 with respect to the reflected flux from the third reflecting element at a distance that ensures arrival of reflected flux from the fourth reflective element on the first reflective element from the reverse side.
Возможно такое выполнение, при котором первый отражающий элемент располагают под углом 60o относительно набегающего потока, второй отражающий элемент располагают под углом 60o относительно отраженного от первого отражающего элемента потока, третий отражающий элемент располагают под углом 60o относительно отраженного от второго отражающего элемента потока, а четвертый отражающий элемент располагают под углом 60o относительно отраженного от третьего отражающего элемента потока.Such an embodiment is possible in which the first reflective element is positioned at an angle of 60 ° relative to the incident flow, the second reflective element is positioned at an angle of 60 ° relative to the flow reflected from the first reflective element, the third reflective element is positioned at an angle of 60 ° relative to the flow reflected from the second reflective element, and the fourth reflective element is positioned at an angle of 60 o relative to the flow reflected from the third reflective element.
В качестве отражающих поверхностей возможно использование четырех элементов, на первый из которых поступает набегающий поток, его располагают под острым углом α1, меньшим 45o относительно набегающего потока, в качестве второго отражающего элемента используют базовую поверхность движущегося объекта и располагают его параллельно набегающему потоку, третий отражающий элемент располагают на уровне и за первым отражающим элементом под углом α3= (90°-α1) относительно отраженного потока от второго отражающего элемента на расстоянии, обеспечивающем приход отраженного потока от третьего отражающего элемента на первый отражающий элемент с обратной стороны, четвертый из которых располагают выше и перед первым отражающим элементом и располагают его под углом α4= (90°-α1) относительно отраженного потока от обратной стороны первого отражающего элемента.Four elements can be used as reflecting surfaces, the first of which receives the incoming flow, it is placed at an acute angle α 1 less than 45 o relative to the incoming flow, the base surface of the moving object is used as the second reflecting element and it is placed parallel to the incoming flow, the third reflective element is arranged at the level of and behind the first reflective element at an angle α 3 = (90 ° -α 1) relative to the reflected flux from the second reflecting element at a distance secu Chiva arrival of reflected flux from the third reflective element on the first reflective element from the reverse side, a fourth of which has a front and above the first reflecting member and have its angle α = 4 (90 ° -α 1) relative to the reflected flux from the back side of the first reflection element .
Кроме того, что в качестве отражающих поверхностей возможно использование выпуклых и вогнутых поверхностей, причем по ходу вращения набегающего потока форму отражающих поверхностей выбирают чередующейся по закону зеркальных отражений. In addition, convex and concave surfaces can be used as reflecting surfaces, and in the direction of rotation of the incoming flow, the shape of the reflecting surfaces is chosen alternating according to the law of mirror reflections.
Также возможно, что в качестве, по меньшей мере, одной из отражающих поверхностей выбирают поток вязкой среды. It is also possible that the flow of a viscous medium is selected as at least one of the reflective surfaces.
Возможно производить изменение направления набегающего потока на внешней поверхности движущегося объекта. It is possible to make a change in the direction of the incident flow on the outer surface of a moving object.
Возможно производить изменение направления набегающего потока внутри движущегося объекта. It is possible to make a change in the direction of the incoming flow inside a moving object.
Кроме того, возможно выполнение, при котором отражающие поверхности обеспечивают создание по меньшей мере трех вращающихся потоков. In addition, it is possible to perform in which reflective surfaces provide for the creation of at least three rotating streams.
Для решения поставленной задачи с достижением технического результата в устройстве для уменьшения лобового сопротивления движущегося объекта, содержащем отражающие элементы, установленные на движущемся объекте и предназначенные для вращения набегающего потока, что отражающие элементы пространственно расположены по бильярдным траекториям с возможностью обеспечения параллельного направления сбегающего с движущегося объекта потока относительно направления набегающего потока на движущийся объект, при этом расстояния между отражающими элементами выбраны из условия расположения центра вращения потока вне отражающих элементов, а самого вращающегося потока на расстоянии, большем толщины пограничного слоя потока для каждого из отражающих элементов. To solve the problem with achieving a technical result in a device for reducing the drag of a moving object, containing reflecting elements mounted on a moving object and designed to rotate the incoming flow, which reflecting elements are spatially located along billiard paths with the possibility of providing parallel direction of the stream running from a moving object relative to the direction of the incident flow on a moving object, while the distance between reflect The elements are selected from the condition that the center of rotation of the stream is located outside the reflecting elements, and the rotating stream itself at a distance greater than the thickness of the boundary layer of the stream for each of the reflecting elements.
Кроме того, возможно выполнение отражающих элементов плоскостными, при этом в качестве второго отражающего элемента по ходу вращения набегающего потока использована базовая поверхность движущегося объекта, расположенная параллельно набегающему потоку, первый отражающий элемент расположен над базовой поверхностью под острым углом β1, большим 45o к ней, третий отражающий элемент расположен выше и перед первым отражающим элементом под углом β3= (180-β1) к базовой поверхности, четвертый отражающий элемент расположен на уровне третьего отражающего элемента за первым отражающим элементом под углом β4= β1 к базовой поверхности на расстоянии, обеспечивающем приход отраженного потока от четвертого отражающего элемента на первый отражающий элемент с обратной стороны.In addition, it is possible to perform reflective elements flat, while the second surface of the moving object, parallel to the incoming flow, is used as the second reflecting element along the free stream, the first reflecting element is located above the base surface at an acute angle β 1 greater than 45 o to it , the third reflective element is located above and in front of the first reflective element at an angle β 3 = (180-β 1 ) to the base surface, the fourth reflective element is located at the level of the third the pressing element behind the first reflecting element at an angle β 4 = β 1 to the base surface at a distance that ensures the arrival of the reflected flow from the fourth reflecting element to the first reflecting element from the back side.
Возможно также, что отражающие элементы выполнены плоскостными, при этом в качестве второго отражающего элемента по ходу вращения набегающего потока использована базовая поверхность движущегося объекта, расположенная параллельно набегающему потоку, первый отражающий элемент расположен над базовой поверхностью под острым углом β1, меньшим 45o к ней, третий отражающий элемент расположен на уровне и за первым отражающим элементом под углом β3= (90°-β1) к базовой поверхности на расстоянии, обеспечивающем приход отраженного потока от третьего отражающего элемента с обратной стороны на первый отражающий элемент, четвертый отражающий элемент расположен выше и перед первым отражающим элементом под углом β4= (90°+β1) к базовой поверхности.It is also possible that the reflecting elements are made planar, while the second surface of the moving object, parallel to the incoming flow, is used as the second reflecting element in the direction of rotation of the incoming flow, the first reflecting element is located above the base surface at an acute angle β 1 less than 45 o to it , the third reflecting element is located at the level and behind the first reflecting element at an angle β 3 = (90 ° -β 1 ) to the base surface at a distance that ensures the arrival of the reflected flow from third of the reflection element from the back to the first reflection element, the fourth reflection element is located above and in front of the first reflection element at an angle β 4 = (90 ° + β 1 ) to the base surface.
Также отражающие элементы могут быть выполнены с выпуклыми и вогнутыми поверхностями, а по ходу вращения набегающего потока форма отражающих поверхностей отражающих элементов выполнена с чередованием по закону зеркальных отражений. Also, the reflecting elements can be made with convex and concave surfaces, and in the direction of rotation of the incident flow, the shape of the reflecting surfaces of the reflecting elements is alternated according to the law of mirror reflections.
Также количество отражающих элементов выбрано с возможностью формирования, по меньшей мере, трех вращающихся потоков. Also, the number of reflective elements is selected with the possibility of forming at least three rotating streams.
Сущность заявленного изобретения заключается в том, что удается создать около поверхности объекта не присоединенный, а висячий вихрь. Сверху, и/или снизу, и/или внутри движущегося объекта формируют такую общую отражающую поверхность, что набегающий и сбегающий поток отражается от общей поверхности, возвращаясь к первоначальному направлению движения, что позволяет сформировать висячий вихрь, жестко не связанный с поверхностью объекта и не сносимый самим потоком. The essence of the claimed invention lies in the fact that it is possible to create not a connected, but a hanging vortex near the surface of the object. Such a common reflecting surface is formed above and / or below and / or inside the moving object that the incoming and outgoing flow is reflected from the common surface, returning to the original direction of movement, which allows the formation of a hanging vortex that is not rigidly connected to the surface of the object and not bearable by the stream itself.
Указанные преимущества, а также особенности настоящего изобретения поясняются лучшими вариантами его осуществления со ссылками на прилагаемые фигуры. These advantages, as well as features of the present invention are illustrated by the best options for its implementation with reference to the accompanying figures.
На фиг. 1 схематично изображено создание около объекта висячего вихря;
на фиг. 2 - один из вариантов устройств, при расположении отражающего плоскостного элемента под углом, большим 45o к набегающему потоку;
на фиг. 3 - то же, что на фиг. 2, при расположении отражающего плоскостного элемента под углом 60o к набегающему потоку;
на фиг. 4 - то же, что на фиг. 2, при расположении отражающих элементов с выпуклыми и вогнутыми поверхностями;
на фиг. 5 - схематично другой из вариантов устройств, при расположении отражающего плоскостного элемента под углом, меньшим 45o к набегающему потоку;
на фиг. 6 - схема расположения трех вихреобразователей.In FIG. 1 schematically shows the creation of a hanging vortex near an object;
in FIG. 2 - one of the options for devices, with the location of the reflecting planar element at an angle greater than 45 o to the incoming flow;
in FIG. 3 is the same as in FIG. 2, when the reflective planar element is positioned at an angle of 60 ° to the oncoming flow;
in FIG. 4 is the same as in FIG. 2, when reflecting elements are arranged with convex and concave surfaces;
in FIG. 5 is a schematic diagram of another embodiment of the devices when the reflective planar element is positioned at an angle less than 45 ° to the incident flow;
in FIG. 6 is a layout diagram of three vortex generators.
Поскольку заявленный способ уменьшения лобового сопротивления движущегося объекта реализуется в работе устройства, то его описание осуществлено в разделе описания работы устройства. Since the claimed method of reducing the drag of a moving object is implemented in the operation of the device, its description is carried out in the description section of the device.
Устройство (фиг. 1) для уменьшения лобового сопротивления движущегося объекта содержит отражающие элементы, установленные на движущемся объекте 1 и предназначенные для вращения набегающего "А" потока (направление набегающего, отраженного и сбегающего "В" потока показано стрелкой). Отражающие поверхности всех отражающих элементов (в том числе и самого движущегося объекта 1 при использовании его наружной или внутренней поверхности в качестве отражающей) пространственно расположены в соответствии с бильярдными траекториями с возможностью обеспечения параллельного направления сбегающего "В" с движущегося объекта 1 потока относительно направления набегающего "А" на движущийся объект 1 потока. Расстояния между отражающими поверхностями отражающих элементов выбраны удовлетворяющими условию расположения центра "О" вращения потока вне отражающих элементов, а самого вращающегося потока на расстоянии, большем толщины пограничного слоя потока для каждой из отражающих поверхностей. The device (Fig. 1) for reducing the drag of a moving object contains reflective elements mounted on the
Работает устройство (фиг. 1) следующим образом. The device operates (Fig. 1) as follows.
Как и в известных технических решениях, изменение направления набегающего "А" потока производят путем создания при помощи отражающих поверхностей около движущегося объекта 1 вращающегося потока, замкнутого самого на себя. Однако, в заявленном устройстве отражающие поверхности располагают обеспечивающими параллельное направление сбегающего "В" потока с движущегося объекта 1 относительно направления набегающего "А" потока на движущийся объект 1. При этом вращающийся поток формируют вне отражающих поверхностей так, чтобы его центр находился на расстоянии, большем толщины пограничного слоя потока для каждой из отражающих поверхностей. As in the well-known technical solutions, a change in the direction of the oncoming “A” flow is made by creating, using reflective surfaces near the
Указанные выше условия являются математически необходимыми и достаточными для образования висячего вихря, функционирование которого ранее не описано в научно-технической литературе. Такой висячий вихрь имеет следующие особенности:
- вихрь существует в пространстве, его местоположение определено топологией течения и жестко не связано с твердой поверхностью движущегося объекта, как это бывает в случае присоединенного вихря;
- вихрь не сносится потоком, как это бывает в случае со свободным вихрем, а движется вместе с ним;
- наличие висячего вихря не требует введения контрольных точек на поверхности объекта для вычисления на практике интенсивности вихря, а интенсивность висячего вихря определяется самой топологической картиной течения потока.The above conditions are mathematically necessary and sufficient for the formation of a hanging vortex, the functioning of which has not been previously described in the scientific and technical literature. Such a hanging vortex has the following features:
- a vortex exists in space, its location is determined by the topology of the flow and is not rigidly connected with the solid surface of a moving object, as is the case with an attached vortex;
- the vortex is not drifted by the stream, as is the case with a free vortex, but moves with it;
- the presence of a hanging vortex does not require the introduction of control points on the surface of the object to calculate in practice the intensity of the vortex, and the intensity of the hanging vortex is determined by the topological picture of the flow.
Описанные выше свойства висячего вихря приводят к следующим физическим характеристикам:
Аэродинамические силы, действующие на систему висячих вихрей, не зависят от внешнего потока, а зависят только от их взаимного расположения, причем сила сопротивления системы висячих вихрей может быть как положительной, так и отрицательной (т.е. реализуется эффект тяги для данной топологии течения).The properties of a hanging vortex described above lead to the following physical characteristics:
The aerodynamic forces acting on the system of pendant vortices do not depend on the external flow, but depend only on their relative position, and the drag force of the system of pendant vortices can be either positive or negative (i.e., the thrust effect is realized for a given flow topology) .
Скорость движения висячего вихря или системы висячих вихрей определяется внутренними силами и не зависит от динамики движения присоединенных и свободных вихрей. The speed of a hanging vortex or a system of hanging vortices is determined by internal forces and does not depend on the dynamics of the motion of attached and free vortices.
Топология висячего вихря или системы висячих вихрей определяется только интегралом внутренней энергии системы и критерием устойчивости их взаимного расположения. Физическая природа висячего вихря заключается в следующем. Висячий вихрь представляет собой совокупность прямого и возвратного (обратного) потока жидкости или газа в пространстве около движущегося объекта 1, которые совместно образуют объемные круговые движения среды вокруг некого центра "О". Центр "О" вихря может располагаться в любой точке вне поверхности движущегося объекта (внутри твердого тела, и/или над ним, и/или под ним): его положение определяется только топологией потока. The topology of a hanging vortex or a system of hanging vortices is determined only by the integral of the internal energy of the system and the stability criterion for their relative position. The physical nature of the hanging vortex is as follows. A hanging vortex is a combination of a direct and return (reverse) flow of liquid or gas in the space near a moving
Движение центров "О" висячих вихрей происходит в полном соответствии с законами гидродинамики (система уравнений Гамильтона) по подобию движения квазивихрей, обладающих внутренней и внешней динамикой движения завихренных зон и не зависит от динамики движения вихрей другой природы (присоединенных вихрей, свободных вихрей). Устойчивость или неустойчивость системы висячих вихрей зависит от топологии течения и характерных геометрических соотношений (как, например, дорожка Кармана). The motion of the “O” centers of the hanging vortices occurs in full accordance with the laws of hydrodynamics (the Hamilton system of equations), similar to the motion of quasivortices having internal and external dynamics of the motion of vortex zones and does not depend on the dynamics of the motion of vortices of another nature (associated vortices, free vortices). The stability or instability of a system of hanging vortices depends on the topology of the flow and the characteristic geometric relationships (such as the Karman path).
Являясь чем-то средним по физическим и геометрическим свойствам между присоединенными, свободными и квазивихрями, а именно в случае близкого расположения к твердой поверхности движущегося объекта 1, висячий вихрь приобретает свойства присоединенного вихря, но в случае нахождения центра "О" висячего вихря достаточно далеко (больше толщины пограничного слоя, образованного ламинарным и турбулентным течениями) он приобретает свойства свободного вихря. При этом законы движения висячего вихря внутренней и внешней динамикой аналогичны законам движения квазивихрей, а скосы на самом теле движущегося объекта 1 индуцируются висячими вихрями аналогично скосам вихревой нити. Being something averages in physical and geometric properties between attached, free and quasi-vortices, namely, in the case of a close proximity to the solid surface of a
Процесс формирования отражающих поверхностей с висячим вихрем определяется правилом "аэродинамической черной дыры" или "аэродинамической ловушки" и формулируется следующим образом. Возможно придание прямому и обратному потокам замкнутой траектории движения к первоначальному направлению набегающего потока, при этом формируют общую отражающую поверхность таким образом, чтобы прямой и/или обратный поток отражались от нее до возвращения к первоначальному направлению движения. Создание висячего вихря позволяет реализовать новую концепцию построения аэродинамических поверхностей, а система висячих вихрей позволяет построить аэродинамические поверхности, обладающие резонансными оптимальными свойствами, доставляющими экстремум функционалу аэродинамического качества. The process of forming reflecting surfaces with a hanging vortex is determined by the rule of "aerodynamic black hole" or "aerodynamic trap" and is formulated as follows. It is possible to give the forward and reverse flows a closed path to the original direction of the incoming flow, while forming a common reflective surface so that the forward and / or reverse flow are reflected from it before returning to the original direction of movement. Creating a hanging vortex allows you to implement a new concept for constructing aerodynamic surfaces, and a system of hanging vortices allows you to build aerodynamic surfaces that have resonant optimal properties that deliver extreme functional aerodynamic quality.
В зависимости от области назначения могут быть реализованы различные устройства, использующие эффект возникновения висячего вихря. Depending on the destination, various devices can be implemented using the effect of the appearance of a hanging vortex.
Устройство (фиг. 2) содержит отражающие элементы 2, 3, 4, 5, которые выполнены плоскостными. В качестве второго отражающего элемента 3 по ходу вращения набегающего "А" потока выбрана базовая поверхность движущегося объекта 1, расположенная параллельно набегающему "А" потоку. Базовую поверхность движущегося объекта возможно выполнять для этой цели по принципу закрылков самолета, обеспечивая ее ориентацию относительно набегающего потока всегда параллельно ему. Одним из вариантов выполнения базовой поверхности параллельно набегающему потоку может служить также верхняя плоскость капота автомобиля. Первый отражающий элемент 3 расположен над базовой поверхностью под острым углом β1 большим 45o к ней. Третий отражающий элемент 4 расположен выше и перед первым отражающим элементом 2 под углом β3= (180°-β1) к базовой поверхности. Четвертый отражающий элемент 5 расположен на уровне третьего отражающего элемента 4 за первым отражающим элементом 2 под углом β4= β1 к базовой поверхности на расстоянии, обеспечивающем приход отраженного потока от четвертого отражающего элемента 5 с обратной стороны на первый отражающий элемент 2. На фиг. 2 также показаны углы α1, α2, α3, α4 по отношению к направлению набегающего потока и к направлениям переотраженного потока, а их величины указаны ранее и геометрически легко определяются.The device (Fig. 2) contains
Этот дополнительный вариант устройства целесообразно использовать для уменьшения общего лобового сопротивления воздушного транспорта. Он позволяет реализовать увеличение подъемной силы и увеличить аэродинамическое качество. Эффект, создаваемый отражающими элементами 2, 3, 4, 5, прямо пропорционален отношению площадей отражающих элементов 2, 3, 4, 5 к площади движущегося объекта 1 в плане. This additional version of the device is advisable to use to reduce the total drag of air transport. It allows you to realize an increase in lift and increase aerodynamic quality. The effect created by the reflecting
В частном случае при расположении первого отражающего элемента 2 под углом α1= 60° к набегающему потоку (фиг. 3), все остальные углы α2, α3, α4 равны α1.In the particular case, when the first reflecting
Отражающие элементы 2, 3, 4, 5 могут быть выполнены с выпуклыми и вогнутыми поверхностями (фиг. 4), а также с различной кривизной. В этом случае по ходу вращения набегающего "А" потока форма отражающих поверхностей отражающих элементов 2, 3, 4, 5 должна быть выполнена с чередованием по закону зеркальных отражений, в том числе соответствовать этому закону и для отражающего элемента 3 на базовой поверхности движущегося объекта 1. Reflecting
Специалистам понятно, что представленные примеры формы отражающих поверхностей отражающих элементов 2, 3, 4, 5 не исчерпывают всех возможных форм отражающих поверхностей, которые могут быть выполнены для реализации необходимого и достаточного условия формирования висячего вихря. Ясно, что в качестве, по меньшей мере, одной из отражающих поверхностей может быть выбран поток вязкой среды, например, газа или жидкости, а направление отраженного основного потока для создания вихря может быть рассчитано и экспериментально уточнено. Кроме того, висячий вихрь можно создать вращением потока с помощью различных вращающихся поверхностей. It will be appreciated by those skilled in the art that the presented examples of the shape of the reflective surfaces of the
В другом дополнительном варианте висячий вихрь создают направленным в противоположном направлении относительно направления закручивания вихря в первом дополнительном варианте устройства. In another additional embodiment, the hanging vortex is created directed in the opposite direction relative to the direction of twisting of the vortex in the first additional embodiment of the device.
Для этого отражающие элементы 2, 3, 4, 5 (фиг. 5), так же как и в первом дополнительном варианте выполнения устройства, выполнены плоскостными, и в качестве второго отражающего элемента 3 по ходу вращения набегающего "А" потока выбрана базовая поверхность движущегося объекта 1, расположенная параллельно набегающему "А" потоку. Однако в этом варианте первый отражающий элемент 3 расположен над базовой поверхностью под острым углом β1, меньшим 45o к ней. Третий отражающий элемент 4 расположен на уровне и за первым отражающим элементом 2 под углом β3= (90°-β1) к базовой поверхности на расстоянии, обеспечивающем приход отраженного потока от третьего отражающего элемента 4 с обратной стороны на первый отражающий элемент 2. Четвертый отражающий элемент 5 расположен выше и перед первым отражающим элементом 2 под углом β4= (90°+β1) к базовой поверхности.For this, the reflecting
Этот вариант целесообразно использовать для уменьшения лобового сопротивления наземного (водного, автомобильного) транспорта, при этом создается сила, прижимающая движущийся объект 1 к земле, а общее сопротивление давления уменьшается. This option is advisable to use to reduce the drag of the ground (water, road) transport, while creating a force that pushes the moving
Отдельные вихреобразователи висячих вихрей, выполненные в соответствии с настоящим изобретением, могут быть установлены посредством различных соединительных элементов, например, штырей, концевых шайб, расположенных на концевой хорде крыла, внутри крыла. Вихреобразователи висячих вихрей могут быть тиражированы для различных реальных объектов и установлены на отдельных заданных направлениях. Кроме того, например, аэродинамическая поверхность может быть соответствующим образом гофрирована с многократным повторением отражающих элементов 2, 3, 4, 5. В ложбинках и на гребнях такой аэродинамической поверхности крыла формируются поля прямых и обратных течений, которые образуют систему висячих вихрей. Separate hanging vortex vortices made in accordance with the present invention can be installed by means of various connecting elements, for example, pins, end washers located on the wing end chord, inside the wing. Vortex generators of hanging vortices can be replicated for various real objects and installed in separate predetermined directions. In addition, for example, the aerodynamic surface can be corrugated accordingly with repeated repetition of the reflecting
В этом случае количество отражающих элементов 2, 3, 4, 5 выбрано с возможностью формирования нескольких, по меньшей мере, трех вращающихся потоков (фиг. 6). Вихреобразователи (на фиг. 6 для простоты не показаны) расположены в шахматном порядке. Как показали испытания, соотношения расстояний между центрами "О" вращающихся потоков могут выбраны из соотношения:
0,1 < h/l < 0,3,
где h - высота мысленно построенного треугольника, образуемого центрами трех вращающихся потоков, у которого основание параллельно набегающему потоку;
l - основание мысленно построенного треугольника, образуемого центрами трех вращающихся потоков, у которого основание параллельно набегающему потоку.In this case, the number of reflecting
0.1 <h / l <0.3,
where h is the height of the mentally constructed triangle formed by the centers of three rotating streams, at which the base is parallel to the oncoming flow;
l is the base of a mentally constructed triangle formed by the centers of three rotating streams, in which the base is parallel to the oncoming flow.
В этом случае аэродинамическая поверхность подвижного объекта обладает наименьшим аэродинамическим сопротивлением. Из указанного соотношения может быть определена высота гофра и его длина. In this case, the aerodynamic surface of the moving object has the least aerodynamic drag. From the indicated ratio, the height of the corrugation and its length can be determined.
Как показали исследования и моделирование процессов образования висячих вихрей, предложенное техническое решение в зависимости от вида движущегося объекта 1 позволяет уменьшить лобовое сопротивление от 10 до 30%, чего нельзя достичь при использовании технических решений с вихреобразователями, которые создают вихри, обеспечивающие пограничный слой "качения". As studies and modeling of the processes of formation of hanging vortices have shown, the proposed technical solution, depending on the type of moving
Наиболее успешно заявленный способ уменьшения лобового сопротивления движущегося объекта и устройство для его осуществления промышленно применимы в самолетостроении, автомобилестроении и судостроении. The most successfully claimed method of reducing the drag of a moving object and a device for its implementation are industrially applicable in aircraft manufacturing, automotive and shipbuilding.
Claims (14)
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000131567/28A RU2173658C1 (en) | 2000-12-18 | 2000-12-18 | Method of reducing drag of moving object and device for its embodiment |
| PCT/RU2001/000195 WO2002050436A1 (en) | 2000-12-18 | 2001-05-17 | Method for reducing head resistance of a moving object and device for carrying out said method. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000131567/28A RU2173658C1 (en) | 2000-12-18 | 2000-12-18 | Method of reducing drag of moving object and device for its embodiment |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2173658C1 true RU2173658C1 (en) | 2001-09-20 |
Family
ID=20243515
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2000131567/28A RU2173658C1 (en) | 2000-12-18 | 2000-12-18 | Method of reducing drag of moving object and device for its embodiment |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2173658C1 (en) |
| WO (1) | WO2002050436A1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113525669A (en) * | 2021-05-29 | 2021-10-22 | 北京航空航天大学宁波创新研究院 | Large-attack-angle lateral force control method based on combined disturbance |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3523661A (en) * | 1968-02-19 | 1970-08-11 | Scott C Rethorst | Vertically asymmetric diffuser system for reducing aircpaft induced drag |
| US3578264A (en) * | 1968-07-09 | 1971-05-11 | Battelle Development Corp | Boundary layer control of flow separation and heat exchange |
| US3934844A (en) * | 1975-06-10 | 1976-01-27 | Reighart Ii Ray R | Free vortex aircraft |
| RU2094313C1 (en) * | 1995-04-20 | 1997-10-27 | Виктор Павлович Винокуров | Lifting surface |
| DE19650439C1 (en) * | 1996-12-05 | 1998-03-12 | Deutsch Zentr Luft & Raumfahrt | Ribbed surface for wall subjected to turbulent airflow |
-
2000
- 2000-12-18 RU RU2000131567/28A patent/RU2173658C1/en not_active IP Right Cessation
-
2001
- 2001-05-17 WO PCT/RU2001/000195 patent/WO2002050436A1/en active Application Filing
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113525669A (en) * | 2021-05-29 | 2021-10-22 | 北京航空航天大学宁波创新研究院 | Large-attack-angle lateral force control method based on combined disturbance |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2002050436A1 (en) | 2002-06-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4813635A (en) | Projectile with reduced base drag | |
| US4789117A (en) | Bodies with reduced base drag | |
| US4813633A (en) | Airfoil trailing edge | |
| EP0315563B1 (en) | Convoluted plate to reduce base drag | |
| Korkegi | Survey of viscous interactions associated with high Mach number flight | |
| US6880476B2 (en) | Recesses on a surface | |
| AU599974B2 (en) | Bodies with reduced surface drag | |
| US4830315A (en) | Airfoil-shaped body | |
| US6607168B1 (en) | Bearing structure with reduced tip vortex | |
| JP2003509227A (en) | Automatic adaptive vacuum holding system | |
| AU2002230309A1 (en) | Recesses on a surface | |
| JP2673156B2 (en) | Fan blade | |
| US6126118A (en) | Flow separator reducer | |
| RU2173658C1 (en) | Method of reducing drag of moving object and device for its embodiment | |
| CN102481968B (en) | Propulsion device using fluid flow | |
| US3647160A (en) | Method and apparatus for reducing sonic booms | |
| CN108116617B (en) | Structure for reducing ship navigation resistance and application thereof | |
| RU2094313C1 (en) | Lifting surface | |
| CN114901550A (en) | Filtration apparatus and method | |
| Ben-Dor et al. | Application of steady shock polars to unsteady shock wave reflections | |
| JPH05193567A (en) | Wing with streamline wing shape for ship | |
| CN113135265B (en) | Towing navigation body support with unequal upper and lower surfaces | |
| JP7290896B1 (en) | Water wheel blade structure and water wheel blade structure | |
| JP7015231B2 (en) | Mooring system | |
| JP6624350B1 (en) | Rectifier |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20031219 |