Покрытие обтекания

 

Использование: для снижения сопротивления обтекания, шума и вибрации тела (крыла, винта, купола парашюта, винта или волновода) в нестационарном потоке. Сущность изобретения: покрытие содержит упорядоченно размещенные по несущей поверхности элементы покрытия, гофрированные со стороны, обтекаемой потоком, и обращенные плоской стороной к несущей поверхности, на которой с равным шагом закреплены и одинаково ориентированы элементы покрытия; элементы покрытия размещены на несущей поверхности с зазором и с гарантированным взаимным перекрытием, и каждый из элементов выполнен составным из установленных с зазором параллельно друг другу плоской пластины и гофрированной пластины, соединенных поперечными перфорированными ребрами, при этом в центре первых ребер элементов расположены ножки, выполненные из упругого материала и снабженные виброизоляторами для соединения с несущей поверхностью. Элементы покрытия выполнены вытянутыми вдоль направления впадин гофрированных пластин, и гофрированные пластины выполнены перфорированными во впадинах. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для снижения сопротивления обтекания, шума и вибрации тела (крыла, винта, купола парашюта, винта, или волновода) в нестационарном потоке.

Известно устройство для звукоизоляции в волноводе (см. а.с. СССР N 181331, кл. G 10 К 11/00, 1965 г.), включающее рассеиватель звука, акустически присоединенный к волноводу и выполненный в виде отрезка волновода с близко расположенными друг от друга резонаторами Гельмгольца на стенке.

Такое устройство малоэффективно в многомодальном волноводе.

Известно устройство для звукоизоляции в волноводе (см. а.с. СССР N 381793, кл. С 10 К 11/00, 1970 г.), состоящее из упругих пластин, вмонтированных в волновод.

Недостаток данного устройства необходимость применения в многомодальном волноводе большого ассортимента упругих пластин, что создает большую трудоемкость изготовления и ремонта волновода.

Известно устройство для звукоизоляции в волноводе (см. а.с. СССР N 626303, кл. G 10 К 11/00 //F 16 L 55/02, 1978 г.), включающее рассеиватель звука, акустически присоединенный к волноводу и выполненный в виде отрезка волновода с неровностями на стенках, расположенными вдоль волновода.

Недостаток данного устройства необходимость выполнения в многомодальном волноводе различных неровностей, что создает большую трудоемкость при изготовлении и ремонте волновода.

Известно демпфирующее покрытие (см. а. с. СССР N 413286, кл. F 15 D 1/12), состоящее из укрепленных на обтекаемом твердом теле, соединенных между собой слоев эластичного материала с внутренними полостями, заполненными вязкой жидкостью.

Недостаток данного демпфирующего покрытия необходимость применения вязкой жидкости, что делает большим вес всей конструкции демпфирующего покрытия.

Известна поверхность Винокурова (см. а.с. СССР N 1665882 А3, кл. F 15 D 1/12), снижающая сопротивление трения и состоящая из отдельных пластин, установленных со смещением и соединенных друг с другом посредством эластичных прокладок с образованием герметичных камер.

Недостатком данной поверхности является необходимость крепления ее только к твердому телу, что значительно уменьшает область применения данной поверхности.

Известна поверхность (см. а.с. СССР N 1672021 А1, кл. F 15 D 1/12, 1989 г.), снижающая сопротивление трения при обтекании жидкостью или газом, образованная продольными ребрами прямоугольного сечения и расположенными на поверхности пластин, установленными с поперечными зазорами.

Недостатком данной поверхности является необходимость крепления ее только к твердому телу, что значительно уменьшает область применения данной поверхности.

За прототип предлагаемого изобретения выбрано покрытие, описанное в пат. FR N 2573138 А 1, 1984 г. содержащее упорядоченно размещенные по несущей поверхности элементы покрытия, гофрированные со стороны, обтекаемой потоком, и обращенные плоской стороной к несущей поверхности, на которой с равным шагом закреплены и одинаково ориентированы элементы покрытия.

Недостатками данного покрытия является то, что данное покрытие при несовпадении направления потока с направлением бороздок гофрированной поверхности образует в потоке вихри, что существенно увеличивает сопротивление обтекания, кроме того, данное покрытие функционирует только на жесткой несущей поверхности, и оно малоэффективно для снижения шума и вибрации тела.

Технической задачей данного изобретения является снижение сопротивления обтекания, шума и вибрации тела в нестационарном потоке.

Указанная техническая задача достигается тем, что на несущей поверхности, имеющей покрытие обтекания, содержащее упорядоченно размещенные по несущей поверхности элементы покрытия, гофрированные со стороны, обтекаемой потоком, и обращенные плоской стороной к несущей поверхности, на которой с равным шагом закреплены и одинаково ориентированы элементы покрытия; элементы покрытия размещены на несущей поверхности с зазором и с гарантированным взаимным перекрытием, и каждый из элементов выполнен составным из установленных с зазором параллельно друг другу плоской пластины и гофрированной пластины, соединенных поперечными перфорированными ребрами, при этом в центре первых ребер элементов расположены ножки, выполненные из упругого материала и снабженные виброизоляторами для соединения с несущей поверхностью. Элементы покрытия выполнены вытянутыми вдоль направления впадин гофрированных пластин, и гофрированные пластины выполнены перфорированными во впадинах.

Сущность изобретения иллюстрируется графическими материалами, где на фиг. 1 изображено покрытие обтекания, вид сбоку; на фиг. 2 изображено покрытие обтекания, вид сверху; на фиг. 3 изображена увеличенная часть элемента покрытия обтекания (масштаб 15: 1); на фиг. 4 изображен поперечный разрез элемента.

Покрытие обтекания содержит упорядоченно размещенные по несущей поверхности 1 элементы покрытия 2 (фиг. 1), гофрированные со стороны, обтекаемой потоком, и обращенные плоской стороной 3 к несущей поверхности. На несущей поверхности с равным шагом закреплены и одинаково ориентированы элементы покрытия 2, которые размещены на несущей поверхности с зазорен 4 и с гарантированным взаимным перекрытием (фиг. 1, 2). Каждый из элементов выполнен составным из установленных с зазором 5 параллельно друг другу плоской пластины 3 и гофрированной пластины 6 (фиг. 1, 3, 4), соединенных поперечными перфорированными ребрами 7 (фиг. 3, 4). В центре первых ребер элементов 1 расположены ножки 8, выполненные из упругого материала и снабженные виброизоляторами 9 (фиг. 1, 2) для соединения с несущей поверхностью. Элементы покрытия выполнены вытянутыми вдоль направления впадин 10 (фиг. 4) гофрированных пластин 6 (фиг. 1), которые выполнены перфорированными во впадинах (фиг. 3, 4).

Покрытие обтекания функционирует следующим образом.

При обтекании покрытия нестационарным потоком с быстроменяющимися параметрами [1] (данный режим работы присущ несущему винту вертолета, лопасти вертодвигателя системы Дарье), поток с высоким давлением входит сквозь перфорацию впадин 10 гофрированных пластин 6 (фиг. 4) во внутренний зазор 5. В следующий период времени, когда поток уменьшает свое давление, среда из зазора 5, имеющая давление выше давления потока, выходит через перфорацию впадин 10 и через зазоры боковых сторон элементов покрытия 2. Поток, выходящий из зазора 5 наружу через зазоры боковых сторон, образует пристеночный вдув, что существенно снижает сопротивление. Это свойство покрытия подтверждают экспериментальные данные, полученные в аэродинамической трубе [2] При обтекании поверхности стационарным или турбулентным потоком, среда в пограничном слое имеет возможность циркулировать из области повышенного давления в область пониженного давления благодаря имеющимся зазорам 5 элементов 2 и перфорации впадин 10 (фиг. 4), а также зазору 4 и зазорам между боковыми сторонами и зазорам между гофрированной и плоской сторонами перекрывающих друг друга элементов. В результате самопроизвольного отсоса (вдува) среды через перфорацию впадин 10 и зазоры между сторонами элементов 2 давление на несущей поверхности 1 выравнивается, что снижает вероятность отрыва потока и существенно снижает сопротивление поверхности.

Благодаря перфорации впадин 10 и взаимному гарантированному перекрытию элементов 2 при удлиненной их форме циркуляция среды пограничного слоя с зазором 5 постоянна и не зависит от деформации несущей поверхности 1.

Элементы покрытия 2 благодаря их присоединению к несущей поверхности посредством ножек 8, выполненных из упругого материала, под действием потока осуществляют: 1. Колебательные движения: а, поперечные, соответствующие колебаниям давления в потоке. Так при при повышении давления в потоке элементы 2 будут прижиматься к несущей поверхности 1, при уменьшении давления потока элементы 2 будут отходить от поверхности, увеличивая зазор 4. При этом деформируются в соответствии с давлением потока ножки 8, б, продольные, соответствующие изменению формы несущей поверхности. Так при переходе от плоской к выпуклой форме несущей поверхности 1 кроющие концы плоской стороной перемещаются по гофрированной стороне следующих элементов. При этом изменяется зазор 4 и деформируются упругие ножки 8.

2. Вращательные движения, соответствующие изменениям направления потока. При изменении направления потока элементы покрытия под действием сил потока становятся по потоку (флюгерируют), при этом направление впадин 10 гофрированных пластин 6 совпадает с новым направлением потока, а элементы вращаются относительно места соединения ножки с несущей поверхностью.

Колебательные и вращательные движения элементов, вызванные воздействием потока, позволяют уменьшить вихреобразование и выровнять толщину пограничного слоя на поверхности, что снижает сопротивление обтекания. В процессе колебательных и вращательных движений элементов, вызванных воздействием потока, происходит: упругая деформация ножек 8, перемещение элементов в пространстве, перемещение концов элементов друг по другу, изменение зазора 4.

Перечисленные реакции элементов покрытия снижают силовое воздействие потока на несущую поверхность тела.

В процессе циркуляции среды пограничного слоя из области повышенного давления потока в область пониженного давления зазоров 5 сквозь перфорацию впадин 10 и в область зазоров 4 через зазоры между боковыми сторонами элементов 2 и через зазоры между гофрированной и плоской сторонами перекрывающих друг друга элементов происходит дросселирование, при этом часть энергии циркуляционной среды тратится на преодоление трения в перфорации впадин и межэлементных зазорах, снижая силовое воздействие на поверхность тела.

Благодаря присоединению элементов 2 к несущей поверхности тела 1 посредством упругих ножек 8 через виброизоляторы 9 телу не передается вибрация и звук.

При распространении в потоке звуковой волны, имеющей частоту, равную собственной частоте элемента, наступает резонанс в колебательной системе, при котором происходит интенсивное отражение звука от поверхности элемента.

При попадании нормальной звуковой волны низкой частоты сквозь перфорацию впадин 10 в зазоры 5 происходит рассеивание звуковой энергии путем трансформации ее в нормальные волны высоких порядков.

При равенстве проекции звуковой волны, падающей на элемент с волнами гофрированной внешней поверхности, наступает эффект пространственного резонанса, создающего высокую звукоизоляцию.

Благодаря зазору 4 звукоизоляция поверхности тела делается более эффективной.

Данное покрытие повышает уровень звукоизоляции поверхности тела, используя эффект пространственного резонанса, резонанс в колебательной системе и резонатор Гельмгольца. Это делает покрытие эффективным в многомодальном волноводе, не требуя большого ассортимента элементов для изоляции звука разных частот.

Для повышения прочности конструкции элементов между гофрированной 6 и плоской 3 пластинами размещаются поперечные перфорированные ребра 7.

Таким образом видно, что данное покрытие эффективно снижает сопротивление обтекания, шум и вибрацию тела в нестационарном потоке.

Формула изобретения

1. Покрытие обтекания, содержащее упорядоченно размещенные по несущей поверхности элементы покрытия, гофрированные со стороны обтекаемой потоком и обращенные плоской стороной к несущей поверхности, на которой с равным шагом закреплены и одинаково ориентированы элементы покрытия, отличающееся тем, что элементы покрытия размещены на несущей поверхности с зазором и с гарантированным взаимным перекрытием, и каждый из элементов выполнен составным из установленных с зазором параллельно друг другу плоской пластины и гофрированной пластины, соединенных поперечными перфорированными ребрами, при этом в центре первых ребер элементов расположены ножки, выполненные из упругого материала и снабженные виброизолятором для соединения с несущей поверхностью.

2. Покрытие по п.1, отличающееся тем, что элементы покрытия выполнены вытянутыми вдоль направления впадин гофрированных пластин.

3. Покрытие по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что гофрированные пластины выполнены перфорированными во впадинах.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4