Способ уменьшения трения газового потока на обтекаемой поверхности


 


Владельцы патента RU 2542824:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") (RU)

Изобретение относится к техническим объектам, испытывающим воздействие газовых потоков. Способ снижения трения газового потока на обтекаемой поверхности путем поперечного отсоса потока через перфорацию в обтекаемой поверхности заключается в том, что поперечный отсос газа осуществляют дискретно на отдельных перфорированных участках, расположенных последовательно на обтекаемой поверхности вдоль направления потока. Периодически чередуют отсос с поперечным выдувом. Чередующиеся отсос и выдув проводят дифференцированно со сдвигом фаз периодических отсоса и выдува на соседних участках, создавая таким образом у обтекаемой поверхности поперечные волны, бегущие в направлении потока. Величину скорости поперечных бегущих волн у обтекаемой поверхности создают равной или близкой к скорости газового потока на обтекаемой поверхности. Амплитуду поперечных бегущих волн создают близкой к толщине пограничного слоя на обтекаемой поверхности при прекращении отсоса и выдува. Изобретение направлено на уменьшение энергетических затрат. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к авиационной технике, а также к другим техническим объектам испытывающим воздействие газовых потоков.

При обтекании поверхностей, например: крыла, фюзеляжа летательных аппаратов, и других технических объектов потоком газа возникает сила поверхностного трения, приводящая к торможению потока газа, возникновению пограничного слоя вблизи обтекаемой поверхности и образованию силы сопротивления.

Известны способы снижения трения газового потока на обтекаемой поверхности путем создания участков поверхности движущихся по потоку (см., например, патенты: ФРГ 3534169 (Z2, T6), F-15D-1/12, 25.09.1985, Франции 2.168.196 (В) B64C 23/00, 20.01.1972). Для существенного снижения трения такими способами необходимо обеспечить скорость движения участков обтекаемой поверхности, близкую к скорости обтекающего потока.

Недостатком таких способов являются сложность конструкции, ее большой вес и высокое энергопотребление.

Известно большое количество способов снижения трения газового потока за счет выполнения на обтекаемой поверхности различных ребер, пластин и устройств, разрушающих вихревые структуры в турбулентном пограничном слое (см., например, патенты: США №4706910 НКИ 244-130, 27.12.1984, ФРГ 3609541, F15D-1/12; 21.03.1986, ЕВП заявка №2205289, B64C 21/10, 17.12.1986).

Недостатком таких способов является их низкая эффективность (снижение трения не превышает 15-20%) и возникновение дополнительного собственного сопротивления за счет установки дополнительных ребер и пластин.

Наиболее эффективным из известных способов снижения трения является способ, основанный на ламинаризации течения в пограничном слое путем поперечного (по отношению к направлению потока) отсоса части потока, находящегося в области пограничного слоя, через перфорацию в обтекаемой поверхности (см., например, патент РФ №2362708; МПК B64C 21/06, 11.05.2005 г.).

Недостатком данного способа являются большие затраты энергии, связанные с необходимостью отсоса большого количества воздуха и необходимостью его отвода с обтекаемой поверхности.

По техническим признакам данный способ наиболее близок предлагаемому изобретению и является его прототипом.

Задачей и техническим результатом предлагаемого изобретения является снижение трения газового потока на обтекаемой поверхности при малых энергетических затратах.

Решение задачи и технический результат изобретения достигаются тем, что в способе снижения трения газового потока на обтекаемой поверхности путем поперечного отсоса потока через перфорацию в обтекаемой поверхности, поперечный отсос газа осуществляют дискретно на отдельных перфорированных участках, расположенных последовательно на обтекаемой поверхности вдоль направления потока, и периодически чередуют отсос с поперечным выдувом, причем чередующиеся отсос и выдув проводят дифференцированно со сдвигом фаз периодических отсоса и выдува на соседних участках, создавая таким образом у обтекаемой поверхности поперечные волны, бегущие в направлении потока.

Величину скорости поперечных бегущих волн у обтекаемой поверхности создают равной или близкой к скорости газового потока на обтекаемой поверхности. Амплитуду поперечных бегущих волн создают близкой к толщине пограничного слоя на обтекаемой поверхности при прекращении отсоса и выдува

Трение газового потока на обтекаемой поверхности обусловлено взаимным соприкосновением движущегося потока с неподвижной поверхностью.

Сущность предлагаемого способа состоит в том, что для снижения трения поток газа отделяют от контакта с неподвижной поверхностью путем создания между ними бегущих поперечных волн, за счет периодических чередующихся и сдвинутых по фазе поперечных отсосов и выдувов газа из участков обтекаемой поверхности, располагаемых последовательно вдоль направления обтекания.

Бегущие в направлении потока поперечные волны создают эффект подвижной границы, обеспечивающий значительно меньшее взаимодействие и торможение потока, чем на неподвижной поверхности, что в итоге приводит к уменьшению сопротивления трения.

Периодически чередующиеся отсос и выдув газа требуют значительно меньших затрат энергии по сравнению с постоянным отсосом газа с обтекаемой поверхности, как это имеет место в прототипе.

На фигуре представлена принципиальная схема сечения обтекаемой поверхности для уменьшения трения газового потока предлагаемым способом и процесс создания поперечных бегущих волн на обтекаемой поверхности.

Предлагаемый способ осуществляют на обтекаемой поверхности 1 с раздельными перфорированными участками 2, расположенными последовательно по направлению потока. Через перфорированные участки обтекаемой поверхности проводят поперечные периодически чередующиеся отсос и выдув газа 3 (далее по тексту отсос-выдув), например, такого же состава, как и обтекающий поток.

Отсос-выдув на соседних участках проводят со сдвигом фаз, создающим у обтекаемой поверхности поперечные волны 4, бегущие в направлении потока.

Периодический поперечный отсос-выдув у обтекаемой поверхности может быть осуществлен, например, с помощью электромагнитных мембранных вибрационных насосов 5, установленных на каждом из перфорированных участков и изображенных на фигуре условно в виде полуокружности.

Бегущие в направлении потока поперечные волны отделяют поток от обтекаемой поверхности и оказывают на него преимущественно поперечное воздействие, которое не оказывает существенного влияния на торможение потока.

Наибольшее влияние на уменьшение торможения и трения потока достигают при скорости бегущих волн, равной или близкой к скорости потока.

При скорости бегущих волн, равной скорости потока, трение потока у обтекаемой поверхности будет минимальным и практически не будет оказывать влияние на обтекание.

Амплитуду бегущих поперечных волн достаточно создавать близкой к толщине пограничного слоя, образующегося на обтекаемой поверхности при прекращении отсоса и выдува. В этом случае для создания отсоса-выдува и поперечных бегущих волн будут использовать небольшое количество газа из пограничного слоя обтекаемой поверхности, что требует значительно меньшего количества энергии, чем при постоянном отсосе газа.

В способе прототипе отсос с обтекаемой поверхности способствует ламинаризации обтекания и за счет этого снижается величина поверхностного трения. При этом взаимодействие потока с обтекаемой поверхностью и поверхностное трение сохраняются.

В предлагаемом способе взаимодействие потока с обтекаемой поверхностью радикальным образом ослабляется за счет создания бегущих поперечных волн между потоком и обтекаемой поверхностью. За счет этого снижение поверхностного трения будет значительно большим по сравнению с прототипом.

1. Способ снижения трения газового потока на обтекаемой поверхности путем поперечного отсоса потока через перфорацию в обтекаемой поверхности, отличающийся тем, что поперечный отсос газа осуществляют дискретно на отдельных перфорированных участках, расположенных последовательно на обтекаемой поверхности вдоль направления потока, и периодически чередуют отсос с поперечным выдувом, при этом отсос и выдув проводят дифференцированно со сдвигом фаз отсоса и выдува на соседних участках и создают таким образом у обтекаемой поверхности поперечные волны, бегущие в направлении потока.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что величину скорости поперечных бегущих волн у обтекаемой поверхности создают равной или близкой к скорости газового потока.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что амплитуду поперечных бегущих волн создают близкой к толщине пограничного слоя на обтекаемой поверхности при прекращении отсоса и выдува.



 

Похожие патенты:

Группа изобретений относится к области авиации. Обтекаемое тело (1) с внешней стороной (3) с относительно направления потока верхней стороной (3a) и нижней стороной (3b), с боковыми концевыми участками (5a, 5b), которые при рассмотрении поперек принятого направления (S) потока образуют боковые концы.

Изобретение относится к области авиации, в частности к системам увеличения подъемной силы крыла. .

Изобретение относится к авиационной промышленности. .

Изобретение относится к устройствам для улучшения аэродинамических характеристик летательных аппаратов, преимущественно ракет-носителей (РН). .

Изобретение относится к авиации и касается технологии управления обтеканием воздушным потоком сверх- и гиперзвуковых летательных аппаратов (ЛА). .

Изобретение относится к ветроэнергетике, а именно к ветроэнергетическим установкам, преобразующим энергию ветра в электрическую, механическую, гидравлическую или иного вида энергию.

Изобретение относится к морской авиации и касается создания спасательных гидросамолетов. .

Изобретение относится к управлению летательным аппаратом. .

Изобретение относится к авиационной и ракетной технике, в частности к активной тепловой защите теплонапряженных передних кромок гиперзвукового беспилотного летательного аппарата (БПЛА). Устройство активной теплозащиты и модуляции аэродинамического сопротивления гиперзвукового БПЛА содержит теплоноситель и средства формирования теплозащитного слоя. Внутри носовой части БПЛА между его передней кромкой и камерой сгорания силовой установки размещен цилиндрический газоструйный резонатор с системой управляемых клапанов, расположенных на боковой стенке резонатора. Открытый вход резонатора совмещен с передней кромкой БПЛА и направлен навстречу набегающему потоку. На внешней поверхности резонатора установлены контейнер с теплоносителем в виде метангидрата и преобразователь метангидрата в смесь паров воды и метана, которая, находясь под давлением в пульсирующем режиме с частотой более 100 Гц, с помощью системы управляемых клапанов газоструйного резонатора обеспечивает возможность формирования на открытом входе резонатора защитного слоя, предохраняющего переднюю кромку БПЛА от пиковых тепловых нагрузок. Достигается снижение пиковые тепловые нагрузки на элементы конструкции гиперзвукового БПЛА и повышение топливной эффективности его силовой установки. 1 ил.
Наверх