Поверхность трощилова-мясниковой обтекаемого тела

 

(19)RU(11)907971(13)C(51)  МПК ⁶    _B64C23/06Статус: по данным на 27.12.2012 - прекратил действиеПошлина: учтена за 20 год с 14.12.1997 по 13.12.1998

(54) ПОВЕРХНОСТЬ ТРОЩИЛОВА-МЯСНИКОВОЙ ОБТЕКАЕМОГО ТЕЛА

Изобретение относится к области аэрогидромеханики, а именно к средствам воздействия на поток текучей среды и может быть использовано в воздушном, водном, колесном транспорте для изготовления наружной поверхности, обтекаемой газом или жидкостью. Известна поверхность обтекаемого тела, например, обшивка крыла летательного аппарата, содержащая профилированные вихреобразователи, расположенные на верхней поверхности крыла. Недостатком устройства является то, что оно не обеспечивает уменьшения сопротивления по сравнению с устройствами, создающими ламинарный пограничный слой. Наиболее близкой по технической сущности является поверхность обтекаемого тела, например, обшивка летательного аппарата, содержащая вихреобразователи, установленные поперек набегающего потока и выполненные в виде гребней. Недостатком устройства является сохранение относительно большой наружной площади поверхности (60-70%), контактирующей с потоком посредством обычного пограничного слоя (ламинарного или турбулентного), скорость в котором уменьшается до нуля на поверхности тела, т. е. оно осуществляет лишь процесс скольжения при наличии разницы в скорости, и не предусматривает процесса качения (потока по вихрю) без проскальзывания, а кроме того, имеет место дополнительное сопротивление давления потока на фронтальных стенках Т-образных перегородок, участки которых возвышаются над плоскостью осей пазов. Целью изобретения является уменьшение сопротивления поверхности обтекаемого тела, преимущественно обшивки летательного аппарата, путем создания непроницаемого для набегающего потока упорядоченного пограничного слоя качения. Цель достигается тем, что на поверхности обтекаемого тела, преимущественно обшивки летательного аппарата, содержащей вихреобразователи, установленные поперек набегающего потока и выполненные в виде гребней, гребни получены пересечением вдоль образующей цилиндрических или конических поверхностей, с образованием плавно сопряженных выпуклой, обращенной навстречу набегающему потоку, и вогнутой поверхностей. Причем, центры окружностей, образующих в поперечном сечении вогнутые участки гребней, расположены с шагом, составляющим (1,05-1,5)D, где D диаметр окружности вогнутого участка, и, при этом D ≥ d, где d диаметр окружности выпуклого участка гребня. На фиг. 1 показано сечение обтекаемого тела с поверхностью по предмету изобретения, плоскость сечения установлена вдоль местного набегающего потока; на фиг. 2 узел I на фиг. 1; на фиг. 3 взаимодействие местного набегающего потока с поверхностью обтекаемого тела, выполненной в соответствии с изобретением; на фиг. 4 эпюра распределения скоростей при взаимодействии местного набегающего потока с поверхностью обтекаемого тела, выполненной в соответствии с изобретением. Поверхность обтекаемого тела 1 (см, фиг. 1 и 2), например обшивка летательного аппарата, состоит из вихреобразователей 2, установленных на поверхности обтекаемого тела, представляющего, в частном случае, крыло 1 летательного аппарата. Каждый вихреобразователь 2 выполнен в виде гребня, образованного пересечением вдоль образующей криволинейных, цилиндрических или конических, поверхностей с образованием плавно сопряженных выпуклых 3 и вогнутых 4 поверхностей. Вогнутая поверхность 4 и выпуклая поверхность 3 сходятся, образуя кромку 5. Вихреобразователи установлены на поверхности тела так, что их поверхности в поперечном сечении образуют последовательный ряд гребней 2 с шагом t по линии, соединяющей центры поверхностей 3 и 4. Вихреобразователи 2 установлены вдоль размаха крыла 1, так, что при помещении крыла 1 в поток 6 (фиг. 3) вихреобразователи 2 своими выпуклыми поверхностями 3 обращены навстречу набегающему потоку 6. При этом, шаг t между центрами окружностей вогнутых участков составляет t (1,05-1,5)D, где D диаметр окружности вогнутого участка. Кроме того, в пределах данного соотношения, целесообразно выполнять условие, при котором D ≥ d, где d диаметр выпуклого участка гребня. Поверхность обтекаемого тела взаимодействует с потоком следующим образом. При обтекании тела 1 потоком 6 происходит соприкосновение потока с криволинейной направляющей поверхности 3 в зоне ее вершины или кромки 5 (см. фиг. 3). Направляющая 3 своим выпуклым участком направлена навстречу к потоку 6. Вследствие вязкого взаимодействия и прилипания потока к криволинейной направляющей поверхности 3 (эффект Коанда), присоединенный слой потока 6 за кромкой 5 по инерции поворачивает в полость участка 4. Кроме инерции на поток действует сила донного разрежения на участке под кромкой 5, которая заворачивает вошедший поток в сторону, обратную потоку 6. Двигаясь далее по круговой поверхности 4 поток сворачивается в вихрь 7, который контактирует в зоне 8 с набегающим потоком 6. Окружная скорость 9 (ω_в) вихря 7 в зоне 8 совпадает по направлению с вектором линейной скорости 10 (V_r) местного потока 6, направленного навстречу выпуклым поверхностям 3 и линейной скоростью 11 вихря 7. В общем случае, оси поверхностей 3 и 4 могут быть установлены под углом к потоку 6, в то время как в сечении плоскостью потока 6, гребни 2 имеют преимущественно круглую форму участков 3 и 4. Круглая форма участка 4 с длиной окружности около 2/3 от полной окружности обеспечивает достаточную вместимость вихря 7 с минимальными потерями энергии на деформацию его ядра, а ≈ 1/3 открытого участка вихря обеспечивает эффективное вихреобразование и передачу энергии вихрю от потока 6. Круглая форма участка 3 является наиболее простой в изготовлении, так как позволяет использовать трубчатые конструкции, в том числе из упругого материала, например, из резины. При равенстве скоростей 10 и 11 толщина пограничного слоя качения по длине обтекаемого тела нарастает существенно меньше, чем толщина ламинарного и турбулентного пограничного слоя. Благодаря этому фактически обтекаемая толщина тела при пограничном слое качения не увеличивается, что приводит к уменьшению сопротивления по сравнению с гладкой поверхностью и предотвращает отрыв потока. Пограничный слой "качения", образуемый вихреобразователями 2, обладает повышенной устойчивостью по сравнению с обычным пограничным слоем. Это обеспечивается тем, что сбалансированные центробежные силы вихря прижимают вихревой поток 7 к поверхности 4, т. е. имеет место устойчивый вид равновесия. Поэтому отрыв потока 6 от гребней 2 не наблюдается даже на малой скорости V_м 10 м/сек. и при больших углах атаки α 50-60^оС. (На гладком профиле пограничный слой неустойчив, так как центробежная сила от выпуклых поверхностей отрывает пограничный слой и поток). В связи с этим использование поверхности, выполненной по предмету изобретения с вихреобразователями 2 повышает надежность крыла как источника подъемной силы. В равной степени это относится и к лопастям воздушных и гребных винтов, лопастям турбин и т. п. Изобретение позволяет: уменьшить сопротивление обтекаемого тела по сравнению с гладкой поверхностью не менее, чем на 20-30% За счет этого можно уменьшить тяговооруженность и расход топлива существующих транспортных средств. Осуществить безотрывное обтекание крыла на углах атаки в 2-3 раза больших по сравнению с существующими эксплуатационными (α_экспл. 15^о). Это позволит увеличить надежность крыла как источника подъемной силы.

Формула изобретения

1. Поверхность обтекаемого тела, преимущественно обшивка летательного аппарата, содержащая вихреобразователи, установленные поперек набегающего потока и выполненного в виде гребней, отличающаяся тем, что, с целью уменьшения сопротивления, гребни получены пересечением вдоль образующей цилиндрических или конических поверхностей с образованием плавно сопряженных выпуклой, обращенной навстречу набегающему потоку, и вогнутой поверхностей. 2. Поверхность по п.1, отличающаяся тем, что центры окружностей, образующих в поперечном сечении вогнутую часть гребня, расположены с шагом, составляющим (1,05 1,5)D, где D диаметр окружности вогнутого участка, при этом D ≥ d, где d диаметр окружности выпуклого участка гребня.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4