[发明专利]一种降低汽车、火车、飞机空气阻力的方法

说明书

技术领域

本发明主要应用于交通、运输、航空、航天、航运和建筑业，与机械加工、铸造，以及金属、高分子材料、玻璃、橡胶(轮胎)、建筑材料等材料的制造加工、表面处理技术有关联。

背景技术

汽车速度越快，空气阻力越大。火车，尤其是高速列车的动力主要是用来克服空气阻力。飞机由于脱离了地面，它飞行时所需要克服的阻力，几乎全部是空气阻力。如果能够把这些运输工具的空气阻力降低10-30％，对于全社会节约能源和提高运输效率的贡献将是巨大的。

有资料显示，在试验条件相同的情况下，表面有凹坑的高尔夫球的飞行距离比表面光滑的高尔夫球的飞行距离远30％。高速飞行时，表面有凹坑的高尔夫球的空气阻力比表面光滑的高尔夫球的空气阻力小30％左右。

发明内容

采用在运动(或者旋转)物体的表面，如：产品表面、高层建筑物表面、水下建筑物表面以及管道内壁，制造连续的规则或者不规则凹坑(这种凹坑类似于高尔夫球表面的凹坑)的方法，解决了降低运动物体如汽车、火车、飞机、火箭等运输工具的空气阻力的问题，解决了降低船舶舰艇水下部分的水流阻力问题和降低管道输送气体或者液体的阻力的问题，以及解决了降低风力对高层建筑物推力的问题，解决了降低水流对桥墩等水下建筑物冲击力的问题。具有节能、增速(或者降低风力水力对建筑物的冲击载荷)、增加运输(运载)负荷能力的效果。

技术原理：高速运动时，运动物体表面的凹坑内的流体(气体或者液体)会形成涡流，凹坑内的涡流能够像滚珠一样降低流体与运动物体表面的摩擦力，涡流还能够降低运动物体尾部区域的负压，降低流体阻力。

制造在运动物体(产品)表面的类似高尔夫球表面的凹坑的大小、形状、深浅、规整度，对运动物体在流体(气体或者液体)中阻力的大小有很大的影响。这些影响因素对阻力的贡献，与运动物体的大小、质量、形状、运动物体与气体或者液体的相对速度有关。风洞试验或者水洞试验可以测试不同的相对速度和运动物体体积、形状与运动物体表面的凹坑的大小、形状、深浅和规整度等参数相互作用并影响阻力变化的对应关系。设计人员可以通过试验得到优化的设计参数。可以肯定，直接将高尔夫球表面的凹坑的形状、大小、深浅和规整度移植(制造)到运动物体的表面，可以降低运动物体在流体(气体或者液体)中的阻力。

同一运动物体(产品)不同部位的表面可以选择不同大小、不同深浅、不同规整度，甚至不同形状的凹坑。与气流相对速度越快和空气阻力越大的部位，采用本发明方法降低阻力的效果越明显。在没有与流体形成相对运动或者相对运动很小的表面可以不采用凹坑表面。例如：飞机机翼的前缘表面，制造成类似高尔夫球表面的凹坑，对于降低飞机的空气阻力意义重大，甚至因此可以降低机翼的设计强度。喷气发动机进气口的前缘也是这样。大型飞机的机头与机身、机翼前缘与机身、机翼的上面与下面、机身的腹部与顶部，可以采用不同形状、不同大小、不同深浅、不同规整度的凹坑。而制造在子弹弹头表面的凹坑的大小、深浅显然应该小于高尔夫球表面的凹坑。

推荐的凹坑排列方法是蜂窝状，凹坑形状为圆形，凹坑之间的凸出部分的顶端为球冠面。

各种与气体和液体产生相对运动的产品包括：机动车、非机动车、农用机械、工程机械、非轮式运动机械、轨道交通工具、水面和水下运输工具、飞行器、航天器，高速旋转的机械部件，输送带；建筑物包括：高层建筑物、建设在高处的建筑物、高层建筑物的建筑物附着物、水下建筑物；管道包括：液体管道、气体管道；高尔夫球除外。

把汽车、火车、飞机的外表面制造成像高尔夫球表面一样的凹坑，那么汽车、火车、飞机的空气阻力会大幅度下降，提高运输速度，或者增加运载量，从而节省能源，降低运输成本。

高层建筑物(例如摩天大楼)在大风天气，顶层的位移很大。在高层建筑或者建设在高处(例如：山上)的建筑物表面制造类似高尔夫球表面的凹坑，可以降低风力对建筑物的横向切力，增加建筑物的抗风能力。高处的球形建筑物或者圆柱形高层建筑物，采用这种方法降低空气阻力的效果明显。

船体(包括舰、艇、潜水艇、鱼雷)的水上部分承受空气阻力，水下部分承受水流(相对运动)的阻力，水上和水下部分的表面分别制造成具有高尔夫球表面一样的凹坑，可以分别降低空气阻力和水阻力。

管道内壁承受气体或者液体的摩擦力，在内壁制造类似高尔夫球表面一样的凹坑，可以降低气体或者液体的输送阻力。

转动机械的飞轮、齿轮、轴等转动部件，都可以通过将表面形状制造成高尔夫球表面一样的凹坑，降低空气阻力或者润滑油等液体阻力。