СПОСОБ СНИЖЕНИЯ ГИДРОАЭРОДИНАМИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЮ ТЕЛА Российский патент 1996 года по МПК B63B1/34 

Изобретение относится к судостроению, а также авиа- и ракетостроению и может быть использовано для увеличения скорости и повышения экономичности движения надводных и подводных судов, полетов самолетов и ракет. Кроме того, оно может быть применено для снижения сопротивления потока газа или жидкости во внутренней задаче обтекания, например в трубопроводе или газопроводе. Изобретение позволит также уменьшить нагрев обтекаемой поверхности.

Известен способ снижения гидроаэродинамического сопротивления движению тела, реализованный в устройстве (cм. заявку N 54-33438 на патент Японии "Устройство для снижения сопротивления корпуса судна потоку воды", кл. 5/1-493, опубл. 20.10.79 г. N 5-836) и заключающийся в создании периодических колебаний обтекаемой поверхности корпуса судна, а также волны колебаний поверхности, бегущей вниз по потоку с той же скоростью, что и сам поток.

Недостаток известного способа состоит в низкой эффективности его действия.

Результат от использования изобретения увеличение скорости и экономичности движения, подавление ударной волны, а также снижение тепловой нагрузки на обтекаемую поверхность.

Указанный результат достигается путем создания периодических нормальных колебаний обтекаемой поверхности тела, а их частоту выбирают из условия возникновения релаксационных колебаний давления в пограничном слое:
w•t>1,
где w частота колебаний поверхности тела;
t период релаксационных колебаний давления в пограничном слое.

Кроме того, на отдельных участках площади обтекаемой поверхности создают нормальные колебания различных амплитуд и частот.

Сущность способа состоит в следующем.

Периодические нормальные колебания поверхности, испытывающей гидроаэродинамическое сопротивление, приводят к колебаниям пограничного слоя обтекающего ее потока.

На фиг. 1 и 2 показан обтекаемый профиль, поверхности которого совершают нормальные периодические колебания: синфазные и на двух формах колебаний, соответственно. Пунктиром показаны крайние за период колебаний положения обтекаемых поверхностей. Стрелки указывают направление потока и положение пограничного слоя вблизи колеблющихся поверхностей профиля для случая существования релаксационных колебаний давления в пограничном слое.

Для низких частот колебаний справедливо условие:
w•t<1, т.е. T>t,
где w частота нормальных колебаний обтекаемой поверхности;
t период релаксационных колебаний давления в пограничном слое;
Т период колебаний обтекаемой поверхности.

В этом случае, колебания обтекаемой поверхности и давления в пограничном слое вблизи нее синфазны и равновесное состояние давления успевает за период Т колебаний полностью восстановиться во всем объеме пограничного слоя.

Для высоких частот колебаний
w•t>1, т.е. T<t,
вследствие инерционности пограничного слоя, релаксационный процесс восстановления давления не успевает пройти по всей толщине пограничного слоя. Это приводит к отставанию колебаний давления в пограничном слое по фазе на 180 относительно колебаний обтекаемой поверхности и, в среднем за период колебаний Т, к уменьшению времени соприкосновения пограничного слоя с обтекаемой поверхностью, а также величины давления (плотности среды) между ними, т.е. снижению трения.

Ввиду асимптотической зависимости гидроаэродинамического сопротивления от амплитуды и частоты обтекаемой поверхности, эти параметры могут быть выбраны такими, чтобы величина, характеризующая сопротивление движению приобрела свое оптимальное значение с точки зрения затрат энергии на создание колебаний.

Различные участки площади обтекаемой поверхности сложной формы оказывают различное сопротивление движению. На таких участках поверхности величины релаксационных колебаний давления также могут быть выбраны различными, соответственно вкладу каждого участка в суммарное сопротивление тела. Амплитуды и частоты колебаний отдельных участков обтекаемой поверхности могут быть выбраны также с учетом технических ограничений, связанных с конструкцией, аппаратурой и т.д.

Параметры колебаний обтекаемой потоком жидкости поверхности могут быть выбраны такими, чтобы на границе поверхности и пограничного слоя возник режим кавитации. При этом парогазовые пузырьки, образующиеся на испытывающей гидродинамическое сопротивление поверхности будут выполнять роль смазки между поверхностью и пограничным слоем, уменьшая трение между ними и снижая сопротивление движению.

Использование: изобретение относится к судостроению, а также авиа- и ракетостроению и может быть использовано для увеличения скорости и повышения экономичности движения надводных и подводных судов, полетов самолетов и ракет. Кроме того, оно может быть применено для снижения сопротивления потока жидкости или газа во внутренней задаче обтекания. Сущность: способ снижения гидроаэродинамического сопротивления движению тела имеет операцию создания периодических нормальных колебаний обтекаемой поверхности тела. Частоту этих колебаний выбирают из условия: wt>1, где w - частота колебаний поверхности тела, t - период релаксационных колебаний давления в пограничном слое. 1 з. п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ снижения гидроаэродинамического сопротивления движению тела, заключающийся в создании периодических колебаний обтекаемой поверхности тела, отличающийся тем, что на обтекаемой поверхности возбуждают нормальные колебания, а их частоту выбирают из условия
ωt ≫ 1,
где ω частота нормальных колебаний обтекаемой поверхности тела;
t период релаксационных колебаний давления в пограничном слое обтекающей среды. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что на отдельных участках площади обтекаемой поверхности создают нормальные колебания различных амплитуд и частот.