[发明专利]用于减少物体在流体中的流动阻力的结构

说明书

技术领域

本发明涉及具有流体能够流过的至少一个表面的物体，所述表面具有限定流过所述表面的主流动方向的球状路径，其中所述表面至少局部地具有用于减少物体的流动阻力的结构，所述结构具有用于引起流体涡流的至少一个凹部，所述凹部设置为大致圆弧段状横截面。本发明还涉及具有相应表面结构的膜。

背景技术

不仅在飞机构造中而且例如在船舶构造中或在设计高速列车和汽车时，非常重要的是要获得一种具有尽可能小阻力的形状和表面。具有良好的流动特性即低流动阻力的飞机、船舶和汽车的优点不仅在于一方面具有低能量要求因而低燃料消耗，而且另一方面在于使用相同的驱动动力可实现更高的速度。总之，具有低流动阻力的物体能更加有效地移动通过流体，如空气或水，这对于能耗高的地方是特别重要的。

美国专利US 2,899,150公开了一种在空气中具有低表面摩擦的飞机翼。在这个例子中，圆形凹部以槽状横向于飞行及流动的方向设置在飞机翼的表面上。

因此，在凹部中出现了有助于减少翼的流动阻力的空气涡流。

这种概念还体现在美国专利US 6,363,972中，各种形状的凹部设置在空气流过的物体的表面中。

然而，这两种结构缺点是仍然令人不满意的高的流动阻力。

特别是喷气推进式飞机的情况下，喷气式引擎内部的流动阻力对于飞机整体的流动阻力会产生显著的影响。推进装置内部的气流有时会高达超音速，或者在超音速飞行条件下已经处于超音速。在这种情况下，会发生特定的流体动力效应（还未被完全理解），导致用于减少空气流过的表面的流动阻力的传统结构（如上述提及的那些结构）效率变低。

发明内容

因而本发明的目的在于进一步减少物体在流体中的流动阻力。该目的还包括在速度超过音速的流动条件下也要有效减少物体的流动阻力。

该目的借助权利要求1、14和15的主题实现。有利的进一步实施例通过从属权利要求实现。本发明的对象是具有流体能够流过的至少一个表面的物体，所述表面具有限定流过所述表面的主流动方向的球状路径。其中所述表面至少局部地具有用于减少所述物体的流动阻力的结构。在该情况下，所述结构具有用于引起流体涡流的至少一个凹部，所述凹部设置为大致圆弧段状横截面。所述物体的特征在于，所述结构具有用于将流体流引导入所述凹部的至少一个导入部，所述导入部朝着所述凹部与主流动方向成角度，并且在主流动方向上布置在所述凹部的上游。借助所述结构，能够在所述凹部内引起流体涡流并且能够使流体涡流大致集中在所述凹部内。

因此所述物体具有在相当大区域上延伸的表面。在这种情况下，该表面可以是平的表面或者也可以是弯曲的表面。根据所述物体的入射流动方向应用的情况，所述表面的球状路径限定流体流过所述表面的主流动方向，在某种程度上说是平均流动方向。在这种情况下，所述表面上的小的结构仅具有较小的作用。根据本发明的所述物体的表面具有这样的结构，该结构包括用于引起流体涡流的至少一个凹部，所述凹部设置为大致圆弧段状横截面，并且是适当配备的用于引起流体涡流。所述结构还包括导入部，所述导入部是适当配备的用于将流体流引导入所述凹部。一方面，所述导入部朝着主流动方向在所述凹部的上游，使得流过所述表面的流体流首先经过导入部，然后通过该导入部被引导入所述凹部。另一方面，所述导入部朝着所述凹部与主流动方向成角度。这意味着所述导入部在垂直方向上朝着所述凹部成角度，球状表面水平延伸。结果就是，流过所述表面并经过所述导入部的一部分流体流被所述导入部引导入凹部。由于凹部的设计和所述流体流，在所述凹部中产生流体涡流，由于所述凹部的设计使得所述流体涡流大致保持在所述凹部内部。

在这种情况下，对于以100km/h（大约27.8m/s）的速度流过表面的空气来说，所述凹部的大致圆弧段状横截面的直径可以优选为8mm。优选直径随着期望的空气流动速度而线性增加。在水作为流体的情况下，对于以6km/h（大约1.7m/s）的速度流过表面的水来说，所述凹部的横截面的直径优选为8mm。这意味着所述凹部的直径取决于所期望的流体流的类型。在气体的情况下，对凹部定尺寸的经验公式是d=8*v/1000，其中d表示以厘米为单位的凹部的直径，v表示以km/h为单位的流体流的速度。所述凹部中的表面优选地涂有TiO₂，从而在所述凹部内集中的流体涡流与所述凹部的边缘之间实现特别低的流动阻力。所述凹部也可以具有与圆形形状不同的横截面。