АЭРО(ГИДРО)ДИНАМИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2001 года по МПК B62D35/00 B62D37/02 B63B1/34 B64C21/02 

Изобретение относится к транспортным средствам, преимущественно к автомобилестроению кл. В 62 D 35/00 и 37/02; к судостроению кл. В 63 В 1/34; к авиастроению кл. В 64 С 21/02 и касается устройств, улучшающих их аэро(гидро)динамические качества, а также может быть применено в устройствах, очищающих русла рек, воздействующих на течение потока, кл. E 02 В 3/02; в устройствах, улучшающих вентиляцию в транспортных средствах, кл. В 60 H 1/26.

Сущность заключается в том, что любое транспортное средство, имеющее все необходимые узлы, движущееся в воздушном или водном потоке со скоростями, при которых существенно аэро(гидро)динамическое влияние среды, оборудуется аэрогидродинамическим устройством, состоящим из эжекторно-направляющей плоскости, устанавливаемой с зазором позади или в промежутке основной аэро(гидро)динамической поверхности транспортного средства, причем одной частью (эжекторной), выступающей наружу за основную аэро(гидро)динамическую поверхность под тупым углом к набегающему потоку, а другой частью (направляющей), направленной внутрь и вперед.

А также транспортное средство или другое устройство, находящееся в воздушном или водном потоке, в котором существенно влияние среды, оборудуются аэро(гидро)динамическим устройством, состоящим из аэро(гидро)канала, соединяющего впускное и выпускное отверстия, находящиеся на основных аэро(гидро)динамических поверхностях, причем к передней кромке выпускного отверстия крепится эжекторная плоскость, выступающая наружу под тупым углом к набегающему потоку.

В области автомобилестроения известен обтекатель автопоезда кормовой в виде гребенки (авторское свидетельство СССР N 878639 кл. В 62 D 35/00 и 3/02 от 1981 г.), который представляет из себя эжекторную пластину в виде гребенки, крепящуюся в кормовой части автопоезда по периметру кузова. Однако известное устройство, отсасывая часть воздуха из-за кормы автомобиля, не направляет туда компенсирующий давление поток, вследствие чего закормовое вихреобразование уменьшается незначительно, также незначительно падает сопротивление движению. Данный способ малоэффективен.

Технический результат внедрения изобретения заключается в оптимизации закормового потока, а значит, в уменьшении кормового сопротивления движению транспортного средства, в получении подталкивающего потока воздуха; в получении прижимающей к полотну дороги силе, улучшающей сцепление колес с поверхностью дороги; повышении устойчивости транспортного средства на больших скоростях и, как следствие, увеличении скорости передвижения при равной мощности двигателя или уменьшении расхода топлива при равной с контрольным транспортным средством скорости передвижения.

Этот результат достигается тем, что к корпусу любого транспортного средства, имеющего все необходимые узлы и системы, в кормовой части устанавливается эжекторно-направляющая плоскость 1^а и 1^б (фиг. 1), одной частью выступающая наружу 1^а линии основной аэродинамической поверхности 2 под тупым углом к набегающему воздушному потоку, а другой частью внутрь 1^б, устанавливаемая с зазором в промежутке или за основной аэродинамической поверхностью, которая, в свою очередь, образует с задней стенкой (3) транспортного средства воздушный карман.

При движении транспортного средства воздушный поток обтекает выступающую эжекторно-направляющую плоскость, вызываемый эжекторный эффект отсасывает часть воздуха из кормовой зоны. В область пониженного давления устремляется другой поток, отделенный от первого эжекторно-направляющей плоскостью. Замыкаясь, эти потоки объединяются в один - упорядоченный поток, препятствующий образованию неустойчивых микровихрей.

Наличие воздушного кармана перед эжекторно-направляющей плоскостью позволяет сделать зазор между основной аэродинамической поверхностью и эжекторно-направляющей плоскостью меньше, чем между задней стенкой транспортного средства и эжекторно-направляющей плоскостью, что позволяет получить попутный воздушный поток, подталкивающий транспортное средство вперед.

Обдувая выступающую эжекторно-направляющую плоскость, поток воздуха прижимает транспортное средство к полотну дороги, улучшая тем самым сцепление колес с дорожным покрытием.

Установленные с торцов эжекторно-направляющей плоскости "щеки" увеличивают аэродинамическое качество всего устройства, улучшают стабилизацию кузова транспортного средства на скоростях, позволяют закрепить эжекторно-направляющую плоскость к кузову транспортного средства.

Изобретение относится также к области судостроения и может быть применено при модернизации и строительстве водоизмещающих судов, катеров, подводных лодок и касается уменьшения кормового вихревого сопротивления при движении в воде. Известен способ снижения сопротивления движению плохообтекаемого тела (Патент RU N 2051062 кл. В 63 В 1/34 от 1995 г.), сущность которого в отсасывании пограничного слоя с поверхности концевой части тела с помощью профилированного эжекционного канала в теле, имеющего участок минимального сечения, на котором осуществлена связь этого канала через распределительную полость тела с пограничным слоем. Входной и выходной участки этого канала соответственно сообщены с областью повышенного и пониженного давления.

Однако известный способ малоэффективен, так как отсос воды идет из области пониженного давления через отверстие небольшого диаметра на участке минимального сечения эжекционного канала и расход воды, а значит, и отсасывающий эффект будут минимальны.

Технический результат внедрения изобретения заключается в уменьшении вихревого кормового сопротивления движущегося водоизмещающего судна; в получении подталкивающего судно вперед потока воды; в получении выталкивающей судно из воды силы. Как следствие - увеличение скорости плавания при равной мощности двигателя или уменьшение расхода топлива при равной с контрольным судном скорости передвижения.

Этот результат достигается тем, что к корпусу любого водоизмещающего судна, имеющего все необходимые узлы и системы, в кормовой части устанавливается эжекторно-направляющая плоскость 1^а и 1^б (фиг.2), одной частью выступающая наружу 1^а линии основной гидродинамической поверхности 2 под тупым углом к набегающему водному потоку, а другой частью внутрь 1^б устанавливаемая с зазором в промежутке или за основной гидродинамической поверхностью, которая, в свою очередь, образует с задней стенкой 3 судна гидрокарман.

При движении судна водный поток обтекает выступающую эжекторно-направляющую плоскость, вызываемый эжекторный эффект отсасывает часть воды из-за кормы. В область пониженного уровня воды устремляется другой поток, отделенный от первого эжекторно-направляющей плоскостью. Объединяясь, эти потоки создают замкнутый, устойчивый поток, препятствующий образованию неустойчивых микровихрей.

Наличие гидрокармана перед эжекторно-направляющей плоскостью позволяет сделать зазор между основной гидродинамической поверхностью и эжекторно-направляющей плоскостью меньше, чем между задней стенкой судна и эжекторно-направляющей плоскостью, что позволяет получить попутный водный поток, подталкивающий судно вперед.

Обтекая выступающую эжекторно-направляющую плоскость, гидропоток приподнимает судно, уменьшая при этом сопротивление водной среды.

Установленные с торцов эжекторно-направляющей плоскости "щеки" увеличивают гидродинамическое качество всего устройства.

Изобретение может быть также отнесено к области авиастроения, в частности к устройствам для улучшения аэродинамических характеристик крыла летательных аппаратов с помощью щелей, каналов, пористых участков. (кл. В 64 С 21/02).

Известен способ регулирования подкрыльевого давления и уменьшения кормового завихрения при больших углах атаки крыла с помощью пористых участков крыла, пропускающих воздух с нижней плоскости крыла на верхнюю.

Данный способ улучшает аэродинамические характеристики крыла при взлете и посадке летательного аппарата, но приводит к дополнительному сопротивлению при полете в крейсерском режиме, что сводит на нет преимущества данного способа.

Известен летательный аппарат и способ увеличения его аэродинамического качества (Экраноплан. Патент RU 2076817 кл. B 60 V 1/08 от 1997 г.), крыло которого выполнено с системой каналов, расположенных между продольными силовыми элементами и проходящих от нижней поверхности крыла к верхней. Повышение аэродинамического качества крыла заключается в том, что в процессе полета между его крылом и опорной поверхностью создается область повышенного давления, из которой часть воздуха отводят для поддержания летательного аппарата на оптимальной высоте от опорной поверхности.

Данный способ не эффективен для обычных (не экранопланых) самолетов, так как эффект экрана (создание воздушной подушки между крылом и опорной поверхностью) практически не используется.

Технический результат внедрения изобретения заключается в оптимизации закормового потока при больших углах атаки крыла (взлете и посадке); в получении подталкивающего эффекта попутным потоком воздуха. Как следствие - увеличение динамики подъемной силы за счет увеличения угла атаки крыла без угрозы срыва воздушного потока.

Этот результат достигается тем, что в задней части крыла летательного аппарата, имеющего предкрылки и закрылки и необходимые для прочности нервюры, сделан воздушный канал между верхней и нижней аэродинамическими поверхностями, открывающийся по команде пилота специальными плоскостями при больших углах атаки крыла (при взлете и посадке).

Аэродинамическое устройство состоит из воздушного канала, соединяющего впускное и выпускное отверстия на нижней и верхней поверхности крыла. К передней кромке выпускного отверстия шарнирно крепится эжекторная плоскость 1^а (фиг. 3), выступающая наружу за верхнюю основную аэродинамическую поверхность 2 под тупым углом к набегающему потоку и направляющей плоскости 1^б, прикрепленной к задней кромке входного отверстия нижней поверхности крыла 4 и открывающейся во внутрь воздушного канала.

Воздух, переходящий под действием эжекторного эффекта на верхнюю заднюю поверхность крыла, препятствует раннему срыву с поверхности основного воздушного потока.

При условии, что поступает количество воздуха через открытую нижнюю плоскость 1^б меньше, чем отсасывается через верхнюю открытую плоскость 1^а, образуется пониженное давление в полости канала крыла, что, в свою очередь, приводит к возникновению устойчивого потока воздуха, направленного в стенку 3 и создающего дополнительную подъемную и толкающую силу крыла.

Данное устройство может быть применено для сдува приграничного слоя на аэро(гидро)динамических поверхностях самолетов, водоизмещающих судов, в трубопроводах.

Известны устройства, где воздушный поток, возмущенный микрогребенками различных видов, создает микрозавихрения, способствующие сдуву приграничного слоя. Такие устройства рассчитаны на определенный, достаточно узкий, диапазон скоростей воздушного потока и за счет этого не эффективны в практическом авиастроении.

Известно устройство управления пограничным слоем (патент RU N 2032595 кл. В 64 С 21/02 от 1995 г.), предотвращающее отрыв потока от элементов конструкции движущихся в газовой среде объектов, например летательных аппаратов. Устройство управления пограничным слоем выполнено в виде образованных на поверхности объекта каверн с размещенным в каждом из них центральным телом таким образом, что между ним и стенками каверны образуется кольцевой канал. Центральное тело - полое и сообщено с источником низкого давления. На поверхности центрального тела размещены воздухозаборники, а внутренняя часть кольцевого канала выполнена в виде конфузорно-диффузорного проточного тракта.

Данный способ малоэффективен, так как устройство управления пограничным слоем имеет сложное строение, что повышает массу летательного аппарата и требует дополнительных мощностей на создание низкого давления в центральном полом теле.

Технический результат внедрения предлагаемого изобретения заключается в регулируемом сдуве пограничного слоя без дополнительных затрат энергии.

Этот результат достигается тем, что часть аэро(гидро)динамической поверхности оборудуется щелевыми прорезями 1 (фиг. 4), в которых шарнирно закреплены эжекторно-направляющие плоскости 2 в виде жалюзи, под которыми проходит компенсационный канал 3. Эжекторнонаправляющие плоскости пересекают аэро(гидро)динамическую поверхность и расположены под тупым углом к набегающему потоку.

Набегающий поток, возмущенный эжекторными плоскостями, вблизи окончаний которых образуется пониженное давление, за счет чего отсасывается воздух (вода) из компенсационного канала, где также образуется пониженное давление. Часть воздуха (воды) из набегающего потока и пограничного слоя по направляющим плоскостям устремляется в компенсационный канал. Движение воздушного (водяного) потока вблизи такой поверхности будет активным и регулируемым путем поворота эжекторно-направляющих плоскостей под различными углами к набегающему потоку. Также уменьшается вероятность срыва потока при больших углах атаки крыла самолета.

Данное устройство может быть применено для создания маломощных энергетических установок на малых реках.

Технический результат внедрения предлагаемого изобретения заключается в получении электроэнергии или другой полезной работы за счет использования энергии течения малых рек.

Этот результат достигается тем, что поперек потока укладывается труба 2 (фиг. 5) с находящимся внутри энергетическим устройством 3. В верхней части трубы по всей ее длине над щелью 4 располагается эжекторная пластина 1 под тупым углом к набегающему потоку. Входящее отверстие в виде щели расположено в боковой стенке трубы, обращенной навстречу водному потоку 5.

Набегающий поток, возмущенный препятствием в виде трубы и эжекторной плоскостью обтекает препятствие с увеличенной скоростью, создавая на окончании эжекторной плоскости пониженное давление. Часть воды из набегающего потока войдет в полость трубы и, используя разность давления на входе и выходе, совершит полезную работу посредством энергетического устройства (маломощной водяной турбины с приводом на электрогенератор, насос и т.п.).

Данное устройство может быть применено для очистки русел рек от наносного мягкого грунта воздействием течения потока кл. E 02 В 3/02; а также для обогащения золотоносного или рудоносного песка посредством его сепарации по удельному весу.

Технический результат внедрения предлагаемого изобретения заключается в очистке участков русел рек от мягкого грунта (ил, песок) посредством использования энергии водяного потока без использования дополнительных источников энергии; а также обогащения золото- и рудоносного песка посредством сепарации, используя энергию водяного потока.

Этот результат достигается тем, что на дно реки с мягким грунтом устанавливается гидродинамическое устройство в виде обтекаемого короба без дна 2 (фиг. 6), на верхней стороне которого есть прорезь 3, в которую устанавливается эжекторно-напрявляющая плоскость 1^а 1^б. Набегающий водяной поток, возмущенный эжекторной плоскостью 1^а, ускоряет свое движение, что приводит к понижению давления над плоскостью, вода вытягивается из короба. За счет перепада давления вода снаружи устремляется внутрь короба по направляющей плоскости 1^б. Таким образом, создается водяной вихрь, размывающий и уносящий мягкий грунт из-под короба.

В случае обогащения золотоносных песков эжекторные плоскости на коробе регулируются таким образом, чтобы, в зависимости от скорости течения реки, создавался бы такой вихревой поток внутри короба, который поднимал со дна и перемещал преимущественно пустую породу, а более тяжелые по удельному весу частицы золота оставались под коробом.

Данное устройство может быть применено для улучшения вентиляции в движущихся транспортных средствах (В 60 H 1/26).

Технический результат внедрения предлагаемого изобретения заключается в вентиляции салонов движущихся транспортных средств без применения дополнительных источников энергии.

Этот результат достигается тем, что в крыше салона транспортного средства 2 (фиг.7а) оборудуется люк с шарнирно закрепленной крышкой, одна часть которой открывается наружу, под тупым углом к набегающему потоку 1^а (эжекторная плоскость); другая вовнутрь салона 1^б (направляющая плоскость).

Набегающий поток, возмущенный эжекторной плоскостью, ускоряет свое движение и понижает давление, за счет чего из салона транспортного средства вытягивается воздух. Образовавшееся разрежение заполняется забортным воздухом по направляющей плоскости.

При условии достаточной герметичности салона направляющую плоскость можно заменить "щелью", установив на пути входящего воздушного потока пылезащитные фильтры, нагревающие и охлаждающие воздух устройства 3 (фиг.7б).

При необходимости активного проветривания всего салона автомобиля эжекторные плоскости могут быть установлены в задней части салона как на крыше, так и на боковых стенках 1^а (фиг.7в), а входящая щель 1^б - в передней части салона автомобиля.

Данное устройство может быть применено для улучшения охлаждения радиатора или мотора в движущихся транспортных средствах (В 60 H 1/26).

Технический результат внедрения предлагаемого изобретения заключается в охлаждении радиатора или мотора движущегося транспортного средства посредством продувки воздухом при значительном уменьшении или без применения дополнительной энергии, а также в уменьшении лобового сопротивления транспортного средства за счет создания волны уплотнения воздуха от передней эжекторной плоскости, находящейся на капоте и отклоняющей основной воздушный поток от кабины транспортного средства.

Этот результат достигается тем, что в передней части капота проделывается поперечная щель 2 (фиг.8а), прикрытая эжекторной плоскостью 1, которая наклонена под тупым углом к набегающему воздушному потоку. За щелью внутри капота устанавливается стенка, формирующая воздухопроводный канал 3. Наружный воздух поступает под капот через радиаторную решетку 4 под действием разности давлений.

В случае установленного сзади мотора воздушного охлаждения (фиг. 8б) эжекторная плоскость 1 устанавливается над выходным отверстием 2 в задней части кузова, при этом входные отверстия лучше делать в боковых стенках кузова 4.

Набегающий поток, возмущенный эжекторной плоскостью, ускоряет свое движение, что приводит к понижению давления над эжекторной плоскостью и вытягиванию воздуха из моторной части. Поступление наружного воздуха обеспечивается через входное отверстие.

Продувка воздуха через канал с установленным в нем радиатором приводит к более эффективному его охлаждению.

Данное устройство может быть применено для стабилизации кузовов транспортных средств с помощью аэродинамических сил кл. В 62 D 37/02.

Технический результат внедрения предлагаемого изобретения заключается в увеличении прижимающей к земле силе и, как следствие, в увеличении сцепления колес с дорожным покрытием и стабилизации движения транспортного средства на больших скоростях.

Этот результат достигается тем, что под днищем автомобиля, по его периметру, крепится воздухоограждающая рубашка с прорезями под эжекторными пластинами 1 (фиг. 9), которые устанавливаются под тупым углом к набегающему потоку. Набегающий поток, обтекая эжекторные пластины, отсасывает воздух из-под днища транспортного средства. Образованное разряжение приводит к прижиму автомобиля к полотну дороги и, следовательно, улучшает стабилизацию кузова автомобиля на больших скоростях и улучшает контакт колес с полотном дороги.

Изобретение относится к автомобилестроению, судостроению и авиастроению, касаясь создания устройств, улучшающих аэро(гидро)динамические качества наземных, водных и воздушных транспортных средств. Устройство имеет эжекторно-направляющую плоскость, установленную с зазором позади или в промежутке основной аэро(гидро)динамической поверхности транспортного средства. Одной частью (эжекторной) эта плоскость выступает наружу за основную упомянутую поверхность под тупым углом к набегающему потоку, а другой (направляющей) частью эта плоскость направлена внутрь и вперед. Основная поверхность может быть продолжена за заднюю стенку транспортного средства при образовании с ней воздушного или гидрокармана. С торцов плоскости установлены "щеки" для крепления устройства к корпусу транспортного средства. Плоскость может крепиться шарнирно и менять свой угол или всей плоскостью, или поворотом эжекторной части плоскости по отношению к набегающему потоку. Устройство может иметь аэро(гидро)канал с впускным и выпускным отверстиями на основных поверхностях. Эжекторная плоскость прикреплена к передней кромке выпускного отверстия и выступает наружу под тупым углом к набегающему потоку. Направляющая плоскость может крепиться к задней кромке впускного отверстия и направляться внутрь канала и вперед. Плоскости к основным поверхностям могут крепиться шарнирно с возможностью изменения угла наклона и перекрытия собой соответственно выпускного и впускного отверстий. Единый канал может объединять множество отверстий с эжекторными плоскостями. Технический результат реализации изобретения заключается в повышении эксплуатационных качеств транспортных средств. 2 с. и 7 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Аэро(гидро)динамическое устройство, отличающееся тем, что состоит из эжекторно-направляющей плоскости, и устанавливаемой с зазором позади или в промежутке основной аэро(гидро)динамической поверхности транспортного средства, причем одной частью (эжекторной) выступающей наружу за основную аэро(гидро)динамическую поверхность под тупым углом к набегающему потоку, а другой частью (направляющей) направленной внутрь и вперед. 2. Аэро(гидро)динамическое устройство по п.1, отличающееся тем, что основная аэро(гидро)динамическая поверхность продолжена за заднюю стенку и образует с ней воздушный или гидрокарман. 3. Аэро(гидро)динамическое устройство по п.1, отличающееся тем, что с торцов эжекторно-направляющей плоскости устанавливаются "щеки", служащие для улучшения аэро(гидро)динамического качества всего устройства и для крепления устройства к корпусу транспортного средства. 4. Аэро(гидро)динамическое устройство по п. 1, отличающееся тем, что эжекторно-направляющая плоскость закреплена шарнирно и может менять свой угол либо посредством всей плоскости, либо поворотом эжекторной части плоскости по отношению к набегающему потоку. 5. Аэро(гидро)динамическое устройство, отличающееся тем, что состоит из аэро(гидро)канала, соединяющего впускное и выпускное отверстия, находящиеся на основных аэро(гидро)динамических поверхностях, причем к передней кромке выпускного отверстия крепится эжекторная плоскость, выступающая наружу под тупым углом к набегающему потоку. 6. Аэро(гидро)динамическое устройство по п.5, отличающееся тем, что к задней кромке впускного отверстия крепится направляющая плоскость, направленная внутрь канала и вперед. 7. Аэро(гидро)динамическое устройство по п.6, отличающееся тем, что эжекторная и направляющая плоскости крепятся к основным аэро(гидро)динамическим поверхностям шарнирно, могут изменять угол наклона, а также перекрывать собой выпускное и впускное отверстия соответственно. 8. Аэро(гидро)динамическое устройство по п.5, отличающееся тем, что множество впускных и выпускных отверстий с эжекторными плоскостями объединены единым аэро(гидро)каналом. 9. Аэро(гидро)динамическое устройство по п.5, отличающееся тем, что в аэро(гидро)канале между впускным и выпускным отверстиями устанавливаются охлаждающие, нагревающие, очищающие, а также утилизирующие энергию потока устройства.