ОБТЕКАЕМАЯ ПОВЕРХНОСТЬ Российский патент 2014 года по МПК F15D1/12 

Область техники.

Заявленное изобретение относится к аэрогидродинамике и может быть использовано в машиностроении при проектировании корпусов, в текстильной промышленности при изготовлении костюмов для спорта, при строительстве трубопроводов для снижения трения жидкости или газа, а также в других областях промышленности.

Предшествующий уровень техники.

Из уровня техники известна кожа акул, состоящая из чешуек, представляющих собой ромбические пластинки, которые заканчиваются шипом, выступающим из кожи наружу. По строению и прочности чешуя близка к костям, что дает повод называть ее кожными зубчиками. Зубчики эти имеют широкое основание, приплюснутую форму и очень рельефно очерченную коронку. В большинстве своем коронки очень остры и плотно прилегают друг к другу. Ярко выраженные рельефные выступы на этих зубчиках у акулы дают коже гидродинамический эффект («Кожа акулы», интернет-ресурс [1]). Недостатком является сложность в заготовке и обработке акульей кожи, а также негуманность заготовки акульей кожи, которая связана с уничтожением акул.

Наиболее близким аналогом является покрытие для гидрокостюмов («Новые олимпийцы: «акулья кожа» и очки на клею», интернет-ресурс [2]). на поверхности которого находятся многочисленные зубчики и желобки, расположенные между рядами петель. Эти зубчики уменьшают сопротивление воды движению тела. Недостатком данного покрытия является то, что оно использует прямые зубцы, которые неэффективно гасят турбулентные завихрения.

Раскрытие изобретения.

Техническим результатом заявленного изобретения является снижение гидродинамического сопротивления среды.

Сущность изобретения состоит в том, что обтекаемая поверхность содержит выступающие элементы в виде зубцов. При этом зубцы выполнены пирамидообразными или конусообразными, а вершина всех зубцов загнута в одну сторону.

Зубцы на обтекаемой поверхности целесообразно располагать упорядочено, преимущественно в шахматном порядке.

При выполнении обтекаемой поверхности плоской направления загнутых вершин всех зубцов выполняют преимущественно параллельными друг другу.

По другому исполнению плоской обтекаемой поверхности направления загнутых вершин зубцов в каждом ряду выполняют параллельными, а угол α между направлениями загнутых вершин зубцов в разных рядах выдерживают равным не более 10°.

По третьему исполнению плоской обтекаемой поверхности зубцы сгруппированы в две или более зон. При этом в каждой зоне направления загнутых вершин зубцов параллельны, а угол α между направлениями загнутых вершин зубцов в разных зонах составляет не более 10°.

Пирамидообразные зубцы в основании могут иметь треугольную или ромбическую форму. При этом биссектриса наименьшего острого угла основания каждого зубца предпочтительно расположена вдоль направления загиба вершины этого зубца.

Конусообразные зубцы в основании могут иметь овальную форму. При этом основание каждого зубца предпочтительно выполняют вытянутым вдоль направления загиба вершины этого зубца.

Краткое описание чертежей.

На фиг.1 представлен выступающий элемент поверхности, вид сбоку.

На фиг.2, фиг.3 и фиг.4 представлены возможные варианты структуры поверхности, соответственно с треугольным, ромбическим и овальным основаниями, вид сверху.

Осуществление изобретения.

Обтекаемая поверхность 1 содержит выступающие элементы в виде зубцов 2 пирамидообразной или конусообразной формы (фиг.1). Верхний свободный конец всех зубцов 2 загнут в одну сторону. Направления загнутых вершин 3 зубцов 2 преимущественно совпадают с направлением движения потока, обтекающего поверхность 1.

Зубцы 2 расположены на поверхности 1 упорядоченно, преимущественно в шахматном порядке. Зубцы 2, стоящие друг за другом вдоль направления движения потока, обтекающего поверхность, образуют ряд 4 (фиг.2, фиг.3).

При выполнении поверхности 1 плоской зубцы 2 могут быть выполнены так, что направления их загнутых вершин 3 в одном ряду 4 параллельны, а угол α между направлениями загнутых вершин 3 зубцов 2 в разных рядах 4 составляет не более 10°.

При выполнении поверхности 1 плоской зубцы 2 так же могут быть сгруппированы в две или более зон 5. В каждой зоне 5 направления загнутых вершин 3 зубцов 2 параллельны, а угол α между направлениями загнутых вершин 3 зубцов 2 различных зон 5 составляет не более 10°.

Зубцы 2 в основании имеют ромбическую (фиг.3), треугольную (фиг.2) или овальную (фиг.4) форму. Предпочтительно выполнять зубцы 2 так, чтобы их поперечные сечения имели ту же форму, что и основание.

При выполнении основания треугольным или ромбическим, биссектриса наименьшего острого угла основания каждого зубца 2 расположена вдоль направления загиба вершины этого зубца 2. При выполнении основания овальной формы, основание каждого зубца вытянуто вдоль направления загиба вершины этого зубца.

В частном случае выполнения изобретения загиб верхних свободных концов зубцов 2 может начинаться от основания зубцов 2.

В частном случае загиб также может быть выполнен в виде наклона зубца 2 относительно нормали к поверхности 1. При этом наклон выполнен так, что проекция верхней свободной вершины зубца 2 на поверхность 1 лежит за пределами основания зубца 2.

Порядок использования изобретения.

При использовании обтекаемую поверхность 1 ориентируют так, чтобы среда двигалась вдоль поверхности (обтекала поверхность) 1 в том же направлении, в котором загнуты вершины зубцов (фиг.1).

Зубцы 2 уменьшают турбулентные завихрения, тем самым минимизируя поверхностное трение в приграничном слое, в итоге снижая общее сопротивление среды.

Таким образом, из вышеизложенного следует, что в заявляемом изобретении заявляемый технический результат: «снижение сопротивления среды» достигается за счет того, что обтекаемая поверхность содержит выступающие элементы в виде зубцов. При этом зубцы выполнены пирамидообразными или конусообразными, а вершина всех зубцов загнута в одну сторону.

В прототипе [2] используются прямые зубчики, которые недостаточно эффективно гасят турбулентные завихрения. В заявленном изобретении этот недостаток устранен, так как в конструкции выступов предусмотрен загнутый верхний свободный конец, который, захватывая энергию обратной волны потока среды, противопоставляет ее действию атакующей волны, тем самым препятствуя образованию вихрей. В итоге увеличивается процент снижения сопротивления. Автором полезной модели изготовлен опытный образец заявленной полезной модели, испытания которого подтвердили достижение технического результата.

Промышленная применимость.

Заявленное изобретение может быть изготовлено с применением любых материалов на поверхности любой сложности и найдут широкое применение в областях промышленности где требуется снизить аэрогидродинамическое сопротивление среды.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Кожа акулы, http://www.mj.com.ua/leather-sharks-info.htm.

2. Новые олимпийцы: «акулья кожа» и очки на клею. http://www.membrana.ru/particle/2810.

Изобретение относится к аэрогидродинамике и может быть использовано в машиностроении при проектировании корпусов, в текстильной промышленности при изготовлении костюмов для спорта, при строительстве трубопровода для снижения трения жидкости или газа, а также в других областях промышленности. Обтекаемая поверхность 1 содержит выступающие элементы в виде зубцов 2, которые выполнены пирамидообразными или конусообразными, а вершина всех зубцов 2 загнута в одну сторону. Достигается снижение гидродинамического сопротивления среды. 8 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Обтекаемая поверхность, содержащая выступающие элементы в виде зубцов, отличающаяся тем, что зубцы выполнены пирамидообразными или конусообразными, а вершина всех зубцов загнута в одну сторону.

2. Обтекаемая поверхность по п.1, отличающаяся тем, что поверхность плоская, а направления загнутых вершин всех зубцов параллельны друг другу.

3. Обтекаемая поверхность по п.1, отличающаяся тем, что зубцы на ней расположены в шахматном порядке.

4. Обтекаемая поверхность по п.3, отличающаяся тем, что поверхность плоская, при этом в каждом ряду направления загнутых вершин зубцов параллельны, а угол α между направлениями загнутых вершин зубцов в разных рядах составляет не более 10°.

5. Обтекаемая поверхность по п.3, отличающаяся тем, что поверхность плоская, а зубцы сгруппированы в две или более зон, при этом в каждой зоне направления загнутых вершин зубцов параллельны, а угол α между направлениями загнутых вершин зубцов в разных зонах составляет не более 10°.

6. Обтекаемая поверхность, по п.1, отличающаяся тем, что пирамидообразные зубцы в основании имеют треугольную или ромбическую форму.

7. Обтекаемая поверхность, по п.6, отличающаяся тем, что биссектриса наименьшего острого угла основания каждого пирамидообразного зубца расположена вдоль направления загиба вершины этого зубца.

8. Обтекаемая поверхность по п.1, отличающаяся тем, что конусообразные зубцы в основании имеют овальную форму.

9. Обтекаемая поверхность по п.8, отличающаяся тем, что основание каждого конусообразного зубца вытянуто вдоль направления загиба вершины этого зубца.