[發明專利]一種減阻肋條

有效

• 申請號: 201410061037.5
• 申請日: 2014-02-23
• 公開（公告）號: CN103821801A
• 公開（公告）日: 2014-05-28
• 發明（設計）人: 張明明;劉志豐;徐建中;王國付
• 申請（專利權）人: 中國科學院工程熱物理研究所
• 主分類號: F15D1/12
• 分類號: F15D1/12;F15D1/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及到一種改進的肋條減阻裝置，通過將其應用于繞流物體表面以改變邊界層流動達到降低摩阻的效果，可應用于航空、航天、航海、地面交通以及管道內流等領域。

背景技術

肋條技術來源于鯊魚盾鱗肋條結構，這種仿生結構已經被大量的研究工作證明具有很強的實用性和良好的減阻效果。現有技術中認為具有減阻效應的肋條必須具有銳利的峰脊且間距與低速條帶間距存在某種關系，即，當h⁺≤25和s⁺≤30（見圖1，h為肋條高度，s為肋條間距，υ是運動粘度，u_τ是摩擦速度，τ_w是壁面剪切應力，ρ為流體介質密度，上標“+”表示以壁面單位無量綱化的參數，下同）時具有減阻特性，s⁺=h⁺=15,減阻達到最大值為8%。通過對不同截面的肋條(包括三角形、矩形、V形、半圓形等)進行實驗可以發現具有最佳減阻特性的是三角截面肋條。對刃形、V字形和梯形肋條（見圖1）進行實驗對比，表明刃形具有最高的減阻效率，可減阻9.9%，其次是梯形肋條，減阻8.2%，V字形只有5.1％。

傳統三角截面肋條減阻效果有限且易受峰脊圓角的影響，刃型肋條雖減阻效果較優，不受肋尖加工圓角的影響，但厚度如此薄的肋條（t=0.02s）難以加工、結構強度不佳，實際應用中易破壞。現有技術中的上述肋條結構嚴重限制了肋條減阻技術的實際應用。

發明內容

考慮到現有技術的優點和不足之處，本發明提出了一種新的減阻肋條，其創新之處在于結合傳統三角肋條穩定性方面的優點，和刀刃肋條的優秀減阻性能及不受肋尖頂點圓角影響的優勢，在三角截面肋尖處增加一段刀刃肋條，結合刀刃型肋條減阻性能高、不受加工圓角影響的優點，亦考慮到加工難度、保證結構強度的因素，將肋條結構通過合理的方式順流向布置在繞流物體表面（如機翼等），通過合理選擇肋條截面的尺寸參數（肋條高度，夾角，刀刃厚度、高度等），進而影響邊界層流動結構（增加黏性底層厚度、限制流向渦的展向運動），增強其減阻效果。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案：一種減阻肋條結構，包括基底、肋條波峰和肋條波谷，順流向布置在繞流物體表面，其特征在于，相鄰兩所述肋條波峰之間的空間部分形成肋條波谷，每一所述肋條波峰包括兩側壁和一頂部突起，所述頂部突起為一沿著所述兩側壁的頂點邊緣線垂直于基底平面向上拉伸的柱狀突起，該柱狀突起的頂部為一平面，所述兩側壁與所述基底平面的夾角基本相同，所述柱狀突起的橫截面基本呈矩形；所述肋條波峰和肋條波谷的設置方向與所述繞流物體表面的流體方向基本相同，且肋條間距s和肋條高度h與所述繞流物體表面的流向渦結構尺度基本為同一量級，其中，所述肋條間距s是指相鄰兩所述肋條波峰之間的距離，所述肋條高度h是指從所述基底平面到所述頂部突起的頂部平面之間的距離。

優選地，所述頂部突起的頂點邊緣線可以加工有過渡圓角或過渡倒角。

優選地，所述肋條波谷的底面為平坦結構。

優選地，所述肋條波谷為V型結構。

優選地，每一所述肋條波峰的兩側壁之間的夾角約為60°。

優選地，所述肋條波谷的兩側壁之間的夾角約為60°。

優選地，所述肋條間距s和肋條高度h與壁面流向渦結構尺度同量級，一般約為15個壁面單位。優選地，所述頂部突起的厚度t一般約為0.3個壁面單位。

優選地，所述頂部突起的高度和肋條高度的比值約為0.1-0.5。

優選地，本發明的減阻肋條結構，可應用于飛機機身、機翼、襟翼等。

優選地，本發明的減阻肋條結構，可應用于船體、潛艇等。

優選地，本發明的減阻肋條結構，可應用于流體管道的內表面。

優選地，本發明的減阻肋條結構，可通過粘接的方式與繞流物體表面固聯。

優選地，本發明的減阻肋條結構，可通過在繞流物體表面直接加工的方式形成。

本發明所述的壁面單位為υ/u_τ，其中:υ是流體介質運動粘度，是摩擦速度，ρ為流體介質密度,τ_w是壁面剪切應力。