SE464861B - Kropp med reducerat basbromsmotstaand - Google Patents

Description

464 861 2 längdsträckning i massfluidumflödets riktning.

Ett annat välkänt sätt att minska bromsmotståndet på bär- ytor är att skapa turbulens i gränsskiktet för att därigenom ge gränsskiktfluidet större genomsnittlig rörelseenergi som det medför längre nedströms utefter ytan mot en ogynnsam tryckgradient, varigenom avskiljningspunkten blir fördröjd.

Exempelvis beskriver den amerikanska patentskriften 4 455 045 långsträckta, sig vidgande rännor i strömningsytan.

Rännorna har skarpa kanter som löper i längdriktningen. Gräns- skiktet på ytan strömmar in i rännorna, och rännkanterna bil- dar under den normala strömningsytan virvlar i strömningsrikt- ningen, vilka aktiverar strömningen i kanalen så att flödes- eller strömningsgränsskiktet fortsätter att röra sig längs rännans botten.

På likartat sätt skapas enligt den amerikanska pa- tentskriften 2 800 291 ett flertal till varandra gränsande, i strömningsriktningen förlöpande rännor i strömningsytan.

Kanalerna utvidgar sig i sidled från ett smalt inlopp till ett brett utlopp. En i stort sett triangulär ramp är bildad mellan angränsande rännor. Förklaringen som ges är att gränsskiktströmningen delas upp mellan ramperna och kanaler- na. Strömningen i kanalerna breds ut, och gränsskiktet blir tunnare och håller sig fast vid ytan längre. Rampströmningen avlänkas till den generella strömningen. En tillämpning av detta finns mellan taket och bakrutan i en bil för att hålla strömningen ansluten till den böjda ytan ett längre stycke än normalt.

Enligt den amerikanska patentskriften 1 773 280 erhålls ökad lyftkraft utan ökat bromsmotstånd hos en flygplansvinge genom att man placerar ett flertal sida vid sida och utefter kordor belägna åsar längs vingens övre del från dess framkant till dess bakkant, varvid åsarna har sin högsta punkt nära vingens tjockaste punkt. Åsarna är i sig själva bäryteformade då de betraktas uppifrån och avsmalnar till en punkt vid ving- ens bakkant. Denna tankegång tar inte hänsyn till visköst in- ducerade gränsskiktavskiljningsverkningar och skulle därför inte kunna förväntas undvika avskiljning under betingelser med stor lyftkraft.

Den amerikanska patentskriften 3 588 005 arbetar med 464 861 3 längs kordor förlöpande åsar i den övre ytan på en bäryta för att fördröja början av avskiljningen genom att åstadkomma “rännor med accelererad strömning i den fria strömflödesrikt- ningen för att tillfoga energi till gränsskiktet och upprätt- hålla laminär strömning i partiet med normalt ogynnsam tryck- gradient". Åsarna skjuter ut från ytan "till en höjd av storleksordningen hos gränsskiktets tjocklek". Tvärflödeskom- ponenter "accelereras över åsarna och kan eventuellt reducera sannolikheten för avskiljning nära kroppens bakände genom att flödet får röra sig 'korkskruvartat' mjukt bort från den bak- re änden i stället för att påträffa den av en tvärt avhuggen bakre ände bildade tvära, ogynnsamma tryckgradienten i den åsarna i den ovannämnda patentskriften l 773 280 accelereras också strömning mellan åsarna, vilket ytterligare hjälper till att upprätthålla ett laminärt flöde över bärytans yta.

De amerikanska patentskrifterna 3 741 235 och 3 578 264 omnämner att man fördröjer avskiljning genom att bilda virv- lar med användning av en serie toppar eller konkava fördjup- ningar som sträcker sig väsentligen vinkelrätt mot flödet i strömningsriktningen. I dessa skrifter anges att den maxi- mala höjden hos en topp eller djupet hos en fördjupning företrädesvis är mindre än gränsskikttjockleken.

Enligt en avhandling med titeln "The Reduction of Drag by Corrugating Trailing Edges" av D.L. Whitehead, M. Kodz och P.M. Hield publicerad av Cambridge University i England år 1982 reduceras basbromsmotståndet hos ett med trubbig bas utformat blad (med spännvidden 20 tum, kordalängden 20 tum, den konstanta tjockleken 1,5 tum och en tvär bakkant) genom att det sista stycket omfattande 7 tum av bladet utefter dettas längd i kordariktningen utformas till växelvis beläg- na rännor och åsar (korrugeringar) i strömningsriktningen.

Bakkanten och en uppströms belägen tvärsektion tvärsöver korrugeringarna har formen av en sinusvåg med våglängden 8,0 tum. Bladmaterialets tjocklek hålls konstant utefter längden av varje ränna och ås, ehuru ränndjupet eller åshöjden (dvs vågamplituden) övergår från högst 2,0 tum vid bakkanten till 0 uppströms. Den totala rännutloppsarean är mer än 50% av den tvära basarean. Fig 21-23 visar det i nämnda avhandling 464 861 4 beskrivna bladet med dimensioner uttryckta i en enhetslängd "a". En reducering av basbromsmotståndet med ungefär en tredjedel erhölls i jämförelse med ett referensblad utan korrugeringar. Det anges att virvlar som avgavs växelvis i spannriktningen från det icke korrugerade referensbladets övre och nedre bakkanter eliminerades av korrugeringarna.

Generellt sett anses det att de tidigare kända anordning- arna för att fördröja avskiljningen ger upphov till ett be- tydande bromsmotstånd i sig själva, varigenom de upphäver en del av fördelarna som de annars skulle kunna ge. Detta begrän- sar ibland deras effektivitet. Ehuru många av de kända anord- ningarna har visat sig vara effektiva då det gäller att minska bromsmotståndet strävar man fortfarande efter ytterligare för- bättringar, exempelvis då det gäller att reducera basbroms- motståndet på föremål med tvära baser.

Ett ändamål med föreliggande uppfinning är att minska bromsmotståndet på kroppar med tvära ändpartier. Ett annat ändamål är att minska storleken av avskiljningsblåsorna ned- ströms hos en kropp med ett tvärt avhugget ändparti.

Enligt uppfinningen har ett föremål, som är anordnat att anbringas i en fluidumström som rör sig nedströms i förhål- lande till föremålet, en i stort sett i strömningsriktningen förlöpande yta som slutar såsom en tvär, väsentligen nedströms vänd ändyta, varvid ett flertal rännor är anordnade i den i strömningsriktningen förlöpande ytan och sträcker sig till den tvära ändytan i riktningen för den närliggande massflui- dumströmningen under bildande av rännutlopp i ändytan, varvid rännorna är så konstruerade och utformade att flödet fyller dem och att fluidet som strömmar ut ur desamma förs in i ut- rymmet omedelbart bakom den tvära ändytan och därvid minskar storleken hos avskiljningsblåsan som annars skulle bildas.

Föreliggande uppfinning reducerar med andra ord intensiteten hos lågtryckskölvattnet som bildas omedelbart bakom en tvärt avhuggen ändyta.

I denna tillämpning kan den tvärt avhuggna ändytan hos ett föremål antingen utgöras av en nedströms vänd ändyta som är bildad genom en snabbt ökande krökningstakt hos en väsent- ligen i strömningsriktningen förlöpande yta, eller annars kan 464 861 5 det vara fråga om en nedströms vänd ändyta som slutar tvärt vid en i strömningsriktningen förlöpande yta, såsom då änd- ytan är väsentligen vinkelrät mot den i strömningsriktningen anordnade ytan. Rännorna hos föreliggande uppfinning måste ges sådan kontur och sådan lutning att de får en full ström- ning (dvs ingen tvådimensionell gränsskiktsavskiljning i strömningsriktningen inträffar i rännorna). Rännorna måste således sträcka sig från en punkt uppströms från stället där gränsskiktavskiljning normalt skulle inträffa. Rännorna har företrädesvis U-formad tvärsektion, sett vinkelrätt mot ned- strömsriktningen, och de är företrädesvis mjukt böjda (dvs inga skarpa kanter där rännans sidoväggytor möter rännans botten) för att minimera förluster. Allra helst bildar rännor- na en mjuk vågyta, som är vågformad i tvärsektion vinkelrätt mot nedströmsriktningen.

Den amerikanska patentansökningen 857 907 beskriver ett bakkantparti på en bäryta med däri bildade rännor och åsar i strömningsriktningen så att man erhåller en vågliknande tunn bakkant. Rännorna i den ena ytan begränsar åsarna i den mittemot belägna ytan. Rännorna och åsarna hjälper till att fördröja eller förhindra de katastrofala följderna av tvådimensionell gränsskiktsavskiljning på bärytans sugyta genom att åstadkomma tredimensionell avlastning för gräns- skiktströmningen som har låg rörelseenergi. Föreliggande uppfinning är emellertid inriktad på att minska basbroms- motståndet som bildas bakom ett föremål med trubbig bas. En skillnad mellan innehållet i den amerikanska patentansök- ningen 857 907 och föreliggande uppfinning är att enligt föreliggande uppfinning behöver rännorna endast vara bildade i den ena ytan. Dessutom kan rännorna ha en betydande inver- kan även då den trubbiga ändytans area är mycket större än summan av rännans utloppsareor, t o m tjugo gånger större eller mera.

Det anses att fluidet utträder ur rännorna med en rörelse- energiriktning som för det över den tvära ändytan in i det bakom den tvära ändytan belägna normalt stagnerade området (dvs en nedåtgående luftström bildas). Vidare anses det att varje ränna alstrar en enda axiell virvel i stor skala från vardera sidoväggytan vid rännans utlopp. (Med "stor skala" 464 861 6 menas att virvlarna har en diameter ungefär av samma storlek som det totala ränndjupet.) Dessa båda virvlar roterar i mot- satta riktningar och skapar ett strömningsfält som visar en benägenhet att bringa fluidum från rännan och även från det närbelägna massfluidet att röra sig in i partiet bakom den tvära ytan. Slutresultatet av detta fenomen antingen i sig självt eller kopplat med effekten med en nedåtgående luft- ström blir att storleken hos stagnationsblåsan som normalt bildas bakom en tvärt avhuggen ändyta minskas, varigenom bas- bromsmotståndet minskas. I sådana fall där avgivningen av virvlar i spannriktningen ytterligare bidrar till basbroms- motståndet anses det dessutom att rännorna undertrycker denna avgivning.

Rännor som gränsar till varandra bör ligga tillräckligt långt från varandra för att de i motsatta riktningar roteran- de axiella virvlarna som visar en benägenhet att alstras av sidoväggytorna hos angränsande rännor har tillräckligt utrym- me för att kunna bildas helt och hållet. Om rännorna ligger för nära varandra kommer de i motsatta riktningar roterande virvlarna att interferera med varandra eller att upphäva var- andra.

Enligt en annan aspekt av föreliggande uppfinning före- drar man att fluidet skall utträda ur varje ränna med minsta möjliga sidoriktad hastighetskomponent för att minimera se- kundära strömningsförluster. Av detta skäl löper rännornas sidoväggar en betydande sträcka uppströms från utloppet före- trädesvis parallellt med riktningen för massfluidumflödet in- till ytan i närheten av rännan.

Enligt en annan aspekt av föreliggande uppfinning föredrar man att rännornas sidoväggar vid utloppet skall vara branta, helst väsentligen vinkelräta mot den i strömningsriktningen förlöpande ytan. Detta anses öka intensiteten hos den av sido- väggen alstrade virvelströmmen. Ordet "brant" avser i sin an- vändning här och i patentkraven att i tvärsektion vinkelrätt mot riktningen för rännans längd skär linjer som bildar tang- ent till den brantaste punkten på vardera sidoväggen varandra under bildande av en mellanliggande sidovinkel som är högst ca l20°C. 464 861 7 Föreliggande uppfinning är särskilt lämpad för användning vid kroppar med mittemot varandra belägna, nedströms eller i strömningsriktningen förlöpande ytor som förenas av en tvär eller trubbig nedströms vänd ändyta väsentligen vinkelrätt mot strömningsriktningen. I detta fall kan ett flertal ned- ströms förlöpande rännor vara bildade i båda de mittemot var- andra belägna ytorna med rännutloppen i den tvära ändytan.

Oavsett om rännorna är bildade i den ena ytan eller båda ytor- na bör rännorna ha ett sådant djup vid sina utlopp och ha en tillräcklig tvärsektionsströmningsarea i förhållande till den tvära ändytans totala ytarea för att de skall ha en inte ovä- sentlig inverkan på avskiljningsblåsan som normalt skulle bildas. Ett minimidjup hos rännans utlopp uppgående till en- dast några få procent av avståndet mellan de mot varandra vända ytorna vid rännans utlopp kan vara effektivt. Rännorna i vardera ytan kan ha en korresponderande ränna mittemot de- samma i den andra ytan (dvs ett symmetriskt rännutloppsmöns- ter) eller annars kan rännornas utlopp vara anordnade i sick- sack och ligga omväxlande från sida till sida utefter ändytans längd i tvärriktningen (dvs ett osymmetriskt rännutloppsmöns- ter). Rännorna i mittemot varandra belägna ytor bildar varsin ström av fluidum tvärsöver den tvära ändytan mot den motsat- ta sidan. Om de motsatta ytorna liggef tillräckligt nära var- andra för att flödena från rännorna skall kunna växelverka anses det osymmetriska mönstret vara att föredraga, eftersom de växlande partierna med uppåtgående luftström resp nedåt- gående luftström eventuellt kan förstärka varandra.

De ovannämnda ändamålen och andra ändamål, särdrag och fördelar med föreliggande uppfinning kommer att bli mera up- penbara i belysning av den följande detaljbeskrivningen över föredragna utföringsformer som är åskådliggjorda på bifogade ritningar, på vilka fig 1 visar fluidumdynamiken som samman- hänger med en sig i förhållande till en fluidumström rörande kropp med en tvär eller trubbig bas, fig 2 är en perspektiv- vy av ett föremål med tvär bas inkluderande särdragen enligt föreliggande uppfinning, fig 3 är en längs linjen 3-3 i fig 2 tagen sektionerad vy, fig 4 är en väsentligen i riktningen för linjen 4-4 i fig 3 tagen vy, fig 5 är en väsentligen i 464 861 8 riktningen för linjen 5-5 i fig 4 tagen sektionerad vy, fig 6 är en i större skala visad vy av partiet som är betecknat Y i fig 4, fig 7 är en perspektivvy av en bil, i vilken förelig- gande uppfinning ingår, fig 8 är en ändvy av bilen tagen vä- sentligen i riktningen för linjen 8-8 i fig 7, fig 9 är en längs linjen 9-9 i fig 8 tagen partialvy, fig 10 är en från sidan tagen vy av ett dragfordon med släpvagn, där föreliggan- de uppfinning ingår, fig 11 är en ändvy av dragfordonet och släpvagnen och är tagen väsentligen i riktningen för linjen 11-11 i fig 10, fig 12 är en partiell perspektivvy av en kropp med tvär eller trubbig ände inkluderande en annan ut- föringsform av föreliggande uppfinning, fig 13 är en längs linjen 13-13 i fig 12 tagen sektionerad vy, fig 14 är en i riktningen för linjen 14-14 i fig 4 tagen ändvy, fig 15 är en sidovy av en projektil i vilken föreliggande uppfinning ingår, fig 16 är en ändvy av den i fig 15 visade projektilen tagen väsentligen i riktningen för linjen 16-16 i fig 15, fig 17 är en partiell perspektivvy av en bäryta som inkluderar förelig- gande uppfinning i sin bakkant, fig 18 är en vy som är tagen väsentligen i riktningen 18-18 i fig 17, fig 19 är en vy som är tagen väsentligen i riktningen för linjen 19-19 i fig 18, fig 20 är en såsom exempel tjänande perspektivvy av en bäryta och visar en alternativ utföringsform av föreliggande uppfin- ning, fig 21 är en perspektivvy av ett "blad" i enlighet med teknikens ståndpunkt, fig 22 är en tvärsektionsvy som är ta- gen längs linjen 22-22 i fig 1 enligt teknikens ståndpunkt, och fig 23 är en tvärsektionsvy som är tagen längs linjen 23-23 i fig 21 enligt teknikens ståndpunkt.

Fig 1 visar vad som inträffar när fluidum strömmar över ytan på en kropp som slutar med en tvär nedströmsände. I denna figur är kroppen representerad med hänvisningsbeteck- ningen 10, och den inkluderar övre och nedre, släta, plana ytor 12 resp 14, över vilka fluidet strömmar. De breda pilar- na 16 anger nedströmsriktningen, medan linjerna 18 visar strömningslinjerna för massfluidet som strömmar intill ytorna 12, 14. Såsom är allmänt känt inom denna gren av tekniken gäller att ehuru fluidet kan förbli anslutet till de släta ytorna 12, 14 i ett brett intervall av betingelser kan det 464 861 9 inte gå runt hörnet när det når den tvära ändytan 20, vilket resulterar i avskiljning vid eller nära de övre och nedre kanterna 22, 24. Strömmarna bort från de övre och nedre ytorna förenas på nytt vid någon punkt nedströms från ytan 20.

Uppströms från nämnda punkt finns ett lågtrycksparti 21 (el- ler avskiljningsblåsa) mellan de övre och nedre strömnings- linjerna omedelbart nedströms från den tvära ändytan 20. Om fluidumströmningen utgör resultatet av att kroppen 10 rör sig genom fluidet i riktning uppströms resulterar detta lågtrycks- stagnationsområde i en kraft i nedströms riktning, vilken kraft motstår eller motverkar en eventuell kraft som försöker föra kroppen i riktning uppströms. Denna kraft betecknas som basbromsmotståndet och kan vara betydande.

Föreliggande uppfinning reducerar basbromsmotståndet men inför små andra förluster som motverkar fördelarna med redu- cerat basbromsmotstånd. Uppfinningen är såsom ett exempel vi- sad i figurerna 2-6 och kommer att beskrivas i anslutning till dessa. Såsom framgår av fig 2 är ett föremål, i vilket föreliggande uppfinning ingår, generellt markerat med hänvis- ningsbeteckningen 30. Föremålet har en övre yta 32 och en nedre yta 34. Det antas att föremålet rör sig genom ett flui- dum, såsom luft, i uppströms riktning, såsom är generellt vi- sat medelst pilen 36. Nedströmsriktningen är visad medelst pilen 38. Enligt föreliggande uppfinning är ett flertal sig i riktning nedströms sträckande rännor 40 bildade i den övre ytan 32, varjämte ett flertal 42, som sträcker sig nedströms, är bildade i den nedre ytan 34. Rännorna är i stort sett U- formade i tvärsektion räknat vinkelrätt mot nedströmsriktning- en. Varje ränna sträcker sig från sitt inlopp 43 till en tvär ändyta 44 som förbinder de övre och nedre ytorna 32, 34 och som är vänd i huvudsak nedströms.

Rännorna måste ha sådan kontur, storlek och form att hela strömningen sker på hela deras längd på så sätt att gränsskikt- avskiljning i strömningsriktningen inte inträffar i rännorna.

I detta avseende måste fluidet som strömmar längs ytorna 32, 34 ansluta sig till nämnda ytor (dvs ingen gränsskiktavskilj- ning i strömningsriktningen) då det inträder i inloppen till rännorna. Rännornas utlopp 45 i ändytan 44 har en amplitud 464 861 10 eller ett djup A (fig 6). De har djupet noll vid sina upp- strömsändar och övergår jämnt i sina respektive övre och ned- re ytor vid sina uppströmsändar och utefter sin längd. I den- na föredragna utföringsform ökar djupet hos varje ränna från dess uppströmsände till dess utlopp. Detta krävs emellertid inte. Exempelvis skulle djupet kunna nå ett maximivärde upp- ströms från rännas utlopp och sedan förbli konstant till ut- loppet.

I denna såsom ett exempel valda utföringsform är rännor- na jämnt U-formade utefter sin längdsträckning i tvärsektion vinkelrätt mot nedströmsriktningen, varjämte de bildar en mjuk, vågig yta som är vågformad i tvärsektion vinkelrätt mot nedströmsriktningen. Varje ränna har ett par mot varandra vända sidoväggytor 46 som slutar såsom sidokanterna 48 på rännans utlopp 45. Företrädesvis är sidoväggytorna 46 i stort sett parallella med riktningen för massfluidumströmningen över ytan där de är belägna längs en betydande kontinuerlig del av rännan, vilken del inkluderar rännans utlopp. Den pa- rallella utformningen av sidoväggytorna 48 framgår bäst av fig 5. Det är önskvärt att sidoväggarna skall divergera, ef- tersom detta bidrar till avskiljning i strömningsriktningen i rännorna och inför sidoriktade hastighetskomposanter i flui- det som utträder ur rännan, vilket ger upphov till icke önsk- värda sekundära strömningsförluster.

Det anses att ett par olika fluidumdynamikfenomen ligger bakom det reducerade basbromsmotståndet som utgör följd av föreliggande uppfinning, ehuru dessa fenomen inte är helt klarlagda. Exempelvis anses det att det finns en massrörelse hos fluidet som lämnar rännorna, vilken rörelse sker in i ut- rymmet omedelbart bakom och intill den tvära ändytan som om det i någon omfattning skulle förbli anslutet till föremålets tvära ändyta sedan det har utträtt ur rännorna. För det andra anses det att varje ränna alstrar ett par storskaliga axiella virvlar, varvid den axiella riktningen är nedströmsriktningen.

Virvlarna alstras av varsin av de båda rännsidokanterna 48.

Virvlarna i varje par roterar i motsatta riktningar. Dessa virvlar skapar ett strömningsfält som visar en benägenhet att bringa fluidum från rännan och från det närbelägna massflui- det att strömma in i partiet bakom och intill den tvära ytan. 464 861 ll För att ingen inverkan (dvs upphävning) skall ske med av- seende på virveln som alstras vid sidokanten 48 på det ena ut- loppet av en i motsatt riktning roterande virvel som alstras vid sidokanten på nästa angränsande ränna är det nödvändigt att sidokanterna hos angränsande rännor skall ligga tillräck- ligt långt ifrån varandra. Det är således nödvändigt att en del av den tvära ändytans 44 parti sträcker sig i sidled från sidokanten 48 hos utloppet från varje ränna till sidokanten 48 hos utloppet hos en angränsande ränna över hela längden hos var och en av sidokanterna. Detta parti av den tvära änd- ytan är representerat medelst det schaffrerade partiet 50 i fig 6 anordnat mellan rännornas sidokanter som är försedda med hänvisningsbeteckningarna 48A och 48B. Generellt sett bör nedströmsprojektionen av partiet 50 mellan sidokanterna på angränsande rännor vara minst en fjärdedel (1/4) av det ned- ströms projicerade utloppspartiet från en ränna.

Det anses vidare att de bästa resultaten erhålls när sido- väggytorna 48 vid utloppet är branta. Företrädesvis gäller att, i en tvärsektion vinkelrätt mot nedströmsriktningen, som är rännlängdens riktning, bör linjerna 52, som tangerar de brantaste punkterna längs sidokanterna 48, bilda en mellan- liggande vinkel C (fig 6) som är högst ca l20°. Ju närmare vinkeln C ligger noll grader (0°), desto bättre är det.

Rännorna bör vara tillräckligt stora i nedströms projice- rad tvärsektionsarea vid sina utlopp, i förhållande till den totala nedströms projicerade arean hos den tvära ändytan, för att de skall ha en tillfredsställande inverkan på basbroms- motståndet. I en del tillämpningar kan en total rännutlopps- area, som endast utgör några få procent av den totala tvärbas- arean, ge upphov till en mätbar minskning i basbromsmotstån- det. För de flesta tillämpningar skulle en rännutloppsarea högst 30% av den totala rännbasarean användas på grundval av praktiska överväganden.

Det anses också att rännorna inte bör vara alltför smala i förhållande till sitt djup, eftersom lämpliga strömningsmöns- ter i rännan annars inte kommer att bildas och den önskade minskningen i basbromsmotståndet inte kommer att erhållas.

Med hänvisning till fig 6 betraktas rännans bredd vid dess 464 861 12 utlopp som topp-till-toppvåglängden P, medan rännans djup vid utloppet betraktas såsom topp-till-toppvågamplituden A. För- hållandet P/A bör vara större än ca 0,25 och helst minst 0,5.

Dessutom bör förhållandet P/A vara mindre än ca 4,0.

Resultaten blir inte särskilt effektiva om rännan är allt- för lång i förhållande till sitt utloppsdjup (amplitud), ef- tersom de lämpliga strömningsfälten som alstras i rännan kom- mer att dämpas innan de når utloppet. Det anses att förhållan- det mellan rännlängd och utgångsamplitud bör vara högst ca 12 till 1,0.

Ehuru i utföringsformen enligt fig 2-6 ändytan 44 är plan och vinkelrät mot nedströmsriktningen kan uppfinningen till- lämpas vid tvära ändar med annan form (se fig 12-14).

I fig 7-9 är en rännkonfiguration likartad den som är vi- sad i fig 2-6 införlivad i den bakre änden på en bil som är generellt markerad med hänvisningsbeteckningen 100. Rännorna 101 är bildade i bakluckans övre yta 102 och i fordonets und- re yta 104. Rännorna skär den bakåtvända tvära ändytan 106.

En skillnad mellan utföringsformen enligt fig 7-9 och utfö- ringsformen enligt fig 2-6 är att rännorna 101 bildas genom att man tillfogar lober 110 till de ursprungliga fordonskon- turerna som är representerade av linjerna 112 och 114.

För att utföra ett prov inköptes en modell i skala 1/25 av en Pontiac Firebird Trans-Am, varefter rännor bildades på ytan hos bakluckan och på bilens undre yta genom att man till- fogade material i stället för att skära bort material. Detta resulterade i att man tillfogade ytterligare area till bilens tvärgående bas. Botten på varje ränna följde approximativt konturen hos fordonets ursprungliga yta. Med hänvisning till fig 8 och 9 var de totala dimensionerna hos den tvära ändytan H = 35,6 mm (1,4 tum) och W = 73,7 mm (2,9 tum). Rännans längd L var 35,6 mm (1,4 tum). Rännorna bildade en mjuk våg- linjeyta som hade vågformig tvärsektion sett vinkelrätt mot nedströmsriktningen. Vågen hade perioden 15,2 mm (0,6 tum) och en topp-till-topp-amplitud lika med 7,6 mm (0,3 tum).

Vinkeln som svarade mot vinkeln C i fig 6 uppgick till 90°C.

Ytorna 112, 114 bildade varsin vinkel lika med endast ca 12° med ett horisontalplan. 464 861 13 I ett vindtunnelprov med hastigheten 22,9 m/s (75 fot/s) hade den modifierade modellen, i vilken föreliggande uppfin- ning ingick, erhölls ett totalt bromsmotstånd som var 16 procent lägre än det totala bromsmotståndet hos modellen fö- re modifiering, detta trots en ökning av ca 12,5 procent i basytans area. Eftersom endast fordonets bakre ände modifie- rades kan det antas att den totala bromsmotståndsreducering- en väsentligen berodde på ett minskat basbromsmotstånd.

Fig 10 och 11 visar föreliggande uppfinning tillämpad på ett dragfordon med släp med den generella hänvisningsbeteck- ningen 150. Såsom är visat är rännor 152 bildade såsom för- djupningar i de normalt plana sidoytorna och de övre och ned- re ytorna hos släpet. Rännornas utlopp 154 ligger i planet för den tvära bakre ändens yta 156 och bildar en mjuk vågform utefter ändytans 156 fyra kanter. Ehuru rännorna är utformade såsom fördjupningar skulle de likaväl ha kunnat framställas genom att man tillfogat material till släpets ytor på samma sätt som gjordes med bilen 100 som är visat i fig 7-9.

En annan utföringsform av föreliggande uppfinning är vi- sad i fig 12-14. Observera att rännor 200 bara finns i en en- da yta. Vidare har rännorna 200 halvcirkulär tvärsektion vid alla punkter utefter sin längdsträckning, varjämte de bildar förhållandevis skarpa kanter 202 med den släta, plana ytan 204 i vilken de är anordnade. Ehuru man inte gärna vill ha skarpa kanter, eftersom de ger upphov till förluster, anses det att en betydande resulterande fördel ändå kan erhållas med en sådan konfiguration. Såsom bäst framgår av fig 13 över- går den nedre ytan 206 i varje ränna mjukt i ytan 204 vid rännans uppströmsände 205, varjämte dess utlopp 210 är belä- get i den böjda tvära ändytan 209. Utloppen 210 är belägna uppströms från där gränsskiktavskiljning från ytan 204 nor- malt skulle inträffa (utan rännor). Såsom har diskuterats i samband med utföringsformen enligt fig 2-6 bör nedströmspro- jektionen av (den skuggade) delen 211 av den tvära ytans area, som är belägen i sidled mellan varje par angränsande rännor, ha en area som är minst en fjärdedel (1/4) av den nedströms projicerade arean hos ett rännutlopp. 464 861 14 Rånnkonfigurationen enligt föreliggande uppfinning kan också användas för att reducera basbromsmotstàndet hos en pro- jektil, såsom den ballistiska granaten 300 som är visad i fig 15 och 16. Under flykt vrider sig projektiler av denna typ i regel kring sin längdaxel, såsom granatens 300 axel 302, i syfte att uppnå aerodynamisk stabilitet. Vridningsriktningen är angiven av pilen R. Granaten 300 har en axiell hastighet V som är representerad av vektorn V1. vektorn V2, som är tangent till granatens yta 306, representerar rotationshastigheten hos granatens yttre yta 306 vid granatens nedströmsände 304.

Varje ränna sträcker sig väsentligen parallellt med riktning- en för summan av vektorerna V1 och V2. Denna rännorientering krävs för att fluidet skall strömma in i rännorna i en rikt- ning som är väsentligen parallell med rännans längdsträckning.

Ehuru rännor med väsentligen halvcirkelformig tvärsektion (som de som är beskrivna i anslutning till fig 12-14) är visa- de i denna utföringsform skulle rännorna också kunna vara ut- formade på sätt som är visat i utföringsformen enligt fig 4-6 (dvs U-formade rännor bildade av en mjuk vågyta, med vågfor- mad tvärsektion vinkelrätt mot nedströmsriktningen).

Föreliggande uppfinning kan också tillämpas vid den tunna bakkanten på en bäryta, såsom gasturbinmotorkompressorrotor- bladet som är visat i fig 17-19. Bärytan är generellt marke- rad med hänvisningsbeteckningen 400. Motoraxelns riktning är angiven av pilen 401 i fig 19, och detta är nedströmsriktning- en. Bärytan 400 har en tryckyta 402 och en sugyta 404 som kon- vergerar mot varandra under bildande av en tunn bakkant 406.

Ehuru man normalt inte betraktar en tunn bakkant på en bäryta som "tvär" eller "trubbig", anses det att fluidumgränsskikt som förblir anslutna till tryck- och sugytorna ända ut till slutet på bärytan slutgiltigt avskiljs från bakkanten 406 på ett sätt som skapar ett smalt, men inte försumbart, avskilj- ningsparti omedelbart nedströms från och intill bakkanten.

För denna utföringsforms syften betraktas således ändytan 407 som en tvär eller trubbig ändyta.

I denna utföringsform är rännorna enligt föreliggande upp- finning visade uppskurna (dvs bildade) i både sugytan 404, (rännorna 408) och tryckytan 402 (rännorna 410), varvid emel- 464 861 15 lertid rännorna bara i den ena av dessa ytor också anses lig- ga inom uppfinningens ram. Om det finns rännor i både tryck- och sugytorna är utloppen från rännorna i den ena ytan före- trädesvis förskjutna i sidled från rännorna i den andra ytan (dvs ett osymmetriskt rännmönster). Rännornas djup vid de- sammas utlopp bör inte vara större än ca 50% av bakkantens tjocklek T.

Varje ränna sträcker sig i en riktning som är approxima- tivt parallell med riktningen för massfluidumströmningens strömningslinjer i området omkring ytan i vilken rännan är belägen. Syftet är att ha rännorna orienterade på så sätt att fluidum strömmar in i varje ränna väsentligen parallellt med riktningen för rännans längdsträckning. Till följd av bladvridning varierar den lokala massfluidumströmningsrikt- ningen intill bladytan utefter bladlängden. Rännans oriente- ring varierar således utefter bladlängden, vilket också gäl- ler för fluidumhastighetens radiella komposant. Den valda orienteringen blir i regel baserad på betingelser vid marsch- fart för att maximera fördelarna.

I denna utföringsform sträcker sig planen hos både tryck- ytan och sugytan till ytan 407 mellan kanterna 412 hos angräns- ande rännor. Såsom har förklarats i samband med andra utfö- ringsformer av föreliggande uppfinning bör sidoavståndet D mellan angränsande rännutlopp i varje yta väljas så, att det blir säkerställt att den nedströms projicerade arean hos den tvära ändytan 407, som är anbragt i sidled mellan utloppskan- terna på angränsande rännor i varje yta, uppgår till minst ca en fjärdedel (1/4) av utloppsarean hos en av rännorna. De öv- riga anvisningarna avseende rännkontur och -storlek, som har givits i samband med andra utföringsformer av föreliggande uppfinning, kan också tillämpas vid denna utföringsform.

Såsom är visat i den alternativa bäryteutföringsformen enligt fig 20 kan rännorna 500 också bildas genom att man bygger upp de respektive bärytetryck- och/eller sugytorna 502, 504 i bakkantpartiet 506. Detta ökar i praktiken den nedströms projicerade ytarean hos den tvära bakkanten 508 på så sätt att den blir ännu större än arean hos en längsgående tvärsektion 510 som är tagen uppströms från bakkantytan längs 464 861 16 rännans inlopp, såsom i planet 512 som år markerat med streck- prickade linjer. Det resulterande basbromsmotståndet kan re- duceras trots denna ökning i area hos den tvära basen.

Ehuru uppfinningen har visats och beskrivits i anslutning till en föredragen utföringsform av densamma torde det vara uppenbart för fackmannen att andra olika ändringar och uteläm- ningar i formen och detaljerna hos uppfinningen kan göras utan att man avviker från uppfinningens anda och ram.

Claims (20)

464 861 17 PATENTKRAV

1. Föremål anordnat att anbringas i ett fluidum och att röra sig nedströms i förhållande till detta, vilket föremål har en första yta (32; 102; 204; 306; 402; 502) som sträcker sig väsentligen nedströms, en trubbig ändyta (44; 106; 156; 209; 304; 407; 508) omedelbart nedströms från och anslutande sig till nämnda första yta samt vänd i huvudsak nedströms, ett par angränsande rännor (40; 101; 152; 200; 408; 500), som är bildade i nämnda första yta och som sträcker sig i en axiell riktning som är riktningen för strömningslinjerna hos massafluidumströmningen intill nämnda yta i vilken nämnda rännor är anordnade och som fortsätter till nedströmsänden hos nämnda yta under bildande av ett flertal angränsande rännutlopp (45; 154; 210) vid nämnda nedströmsände, varvid var och en av nämnda rännor inkluderar ett par nedströms förlöpande sidoväggytor (46) som skär nämnda nedströmsände under bildande av sidokanter (48; 48A, 48B) hos nämnda rännutlopp, varjämte var och en av nämnda rännor har ett inlopp (43; 250) och ökar successivt från inget djup vid nämnda inlopp till ett maximalt djup vid utloppet, varvid en del (50) av arean hos nämnda trubbiga ändyta (32; 102; 204; 306; 402; 502) sträcker sig i sidled från vardera av nämnda sidokanter (48; 48A; 48B) hos vart och ett av nämnda flertal rännutlopp (45; 154; 210) till sidokanter hos ett angränsande rännutlopp över den fulla längden hos var och en av nämnda sidokanter, k ä n n e t e c k n a t därav, att rännorna (40; 101; 152; 200; 408; 500) har sina inlopp (43; 250) vid en punkt där fluidum som strömmar längs nämnda första yta (32; 102; 204; 306; 402; 502) ansluter sig därtill utan gränsskiktsseparation och att nämnda rännor har sådan kontur och lutning att strömning sker med dem fyllda utan att någon tvådimensionell gränsskiktsseparation inträffar i rännorna och att summan av de nedströms projicerade areorna hos nämnda rännutlopp (45; 154; 210) är högst ca 30% av den nedströms projicerade arean hos nämnda trubbiga ändyta. 464 861 18

2. Föremål enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att nämnda par sidoväggytor (46) i varje ränna (40) är väsentligen parallella med riktningen för massfluidum- strömning över nämnda första yta (32) i närheten av nämnda ränna (40) över en betydande kontinuerlig del av längden hos CI nämnda ränna (40), varvid nämnda kontinuerliga del inkluderar nämnda rännutlopp (45).

3. Föremål enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att nämnda rännor (40, 101; 152; 200; 408; 410; 500) har mjuk U-form utefter sin längdsträckning i tvärsektion vinkelrätt mot nedströmsriktningen.

4. Föremål enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att nämnda flertal rännor (40; 101; 152; 500) bildar en mjukt vågig yta som är vågformig i tvärsektion vinkelrätt mot nedströmsriktningen.

5. Föremål enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att i tvärsektion vinkelrätt mot nedströmsriktningen är den mellanliggande vinkeln (c) mellan linjer (52) som tangerar vardera sidoväggen (46) hos nämnda par rännsidoväggar (46) vid dessas brantaste punkt vid nämnda rännutlopp (45) högst , Ga 1200 och företrädesvis nära 00.

6. Föremål enligt krav 1, k ä n n e t e o k n a t därav, att nämnda föremål har en andra yta (34; 104; 404; 504) som sträcker sig väsentligen nedströms och som är belägen på avstånd från samt vänd mot en väsentligen motsatt riktning och bort från nämnda första yta (34; 102; 402; 502), varvid - nämnda trubbiga ändyta (44; 106; 407; 508) är anbragt omedelbart nedströms om och ansluter till nämnda andra yta, varjämte ett flertal av nämnda rännor (42; 410) är bildade i nämnda andra yta.

7. Föremål enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att förhållandet mellan våglängden (P) från topp till topp hos rännorna (40) och vågamplituden (A) från topp till topp hos rännorna vid rännutloppen (45) är större än ca 0,25, företrädesvis minst 0,5, och mindre än ca 4,0. 464 861 19

8. Föremål enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att storleken hos nämnda sig i sidled sträckande ytdelar (50) hos nämnda trubbiga ändyta är minst en fjärdedel (1/U) av utloppsarean hos ett rännutlopp.

9. Föremål enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att förhållandet mellan längden hos rännorna (H0) och deras amplitud (A) från topp till topp är högst lika med ca 12 till 1,0.

10. Föremål enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att rännorna (200; 408, H10) är halvcirkelformade i tvärsek- tion och bildar förhållandevis skarpa kanter (202; H12) med nämnda första yta (2OH; 402, 404).

11. Föremål enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att den trubbiga ändytan (209) är krökt.

12. Föremål enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att föremålet är ett fordon, såsom en bil eller en lastvagn med släp (110; 150), och att den trubbiga ändytan (106, 156) är fordonets bakre ändyta.

13. Föremål enligt krav 12, k ä n n e t e c k n a t därav, att rännorna (101; 152) är bildade genom tillfogande av lober (110) till fordonsytans (102) ursprungliga kontur.

14. Föremål enligt krav 12, k ä n n e t e c k n a t därav, att rännorna (101) är bildade i fordonets övre yta (102) och undre yta (1OU).

15. Föremål enligt krav 12, k ä n n e t e c k n a t därav, att rännorna (152) är bildade i fordonets övre, botten- och sidoytor.

16. Föremål enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att föremålet är en projektil, såsom en ballistisk granat (300), och att rännorna är anordnade i vinkel i förhållande till längdaxeln (302) hos nämnda projektil.

17. Föremål enligt krav 16, k ä n n e t e c k n a t därav, att rännorna är väsentligen parallella med resultanten hos vektorn (V1) som representerar projektilens axiella hastighet och vektorn (V2) som representerar projektilens vridnings- hastighet. 464 861 20

18. Föremål enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att föremålet är en bäryta (400), såsom en gasturbinmotor- kompressorbäryta, och att den trubbiga ändytan är bakkanten (407, 408; 508) på bärytan.

19. Föremål enligt krav 18, k ä n n e t e c k n a t därav, att rännornas (H08, Ä10; 500) djup vid rännans utlopp inte överstiger ca 50% av bärytans (H00) bakkanttjocklek.

20. Föremål enligt krav 18 eller 19, k ä n n e t e c k n a t därav, att nämnda rännor (408, H10; 500) är bildade i tryckytan (402; 502) och sugytan (404, SOÄ) hos bärytan (400) och att utloppen från rännorna i en av nämnda ytor företrädesvis är förskjutna i spännviddsriktningen från rännorna i den andra av de nämnda ytorna. f»