[发明专利]一种仿生学的防滑轮胎花纹沟槽

说明书

技术领域

本发明涉及防滑轮胎花纹沟槽，确切的说，利用仿生的理念对轮胎花纹沟槽结构进行优化，属于汽车部件领域。

背景技术

滑水现象是子午线轮胎诞生以来一直就存在的问题，当汽车在覆盖有雨水的路面上行驶时，因轮胎与地面之间的雨水无法及时排除，从而出现汽车在水膜上行驶的滑水现象，此时轮胎的抓地性能大大降低，严重影响了行车安全。目前，抗滑水性能已经成为轮胎发展的重要方向，如何加快雨水的排出速度，达到提高抗滑水性能的目的，也是轮胎的研究重点之一。轮胎花纹的合理设计是提高轮胎临界滑水速度的有效途径，为此国内外学者进行了大量卓有成效的研究。许多轮胎公司已经开始设计和制造具有防滑特性的轮胎。提高轮胎滑水速度通常的方法是增大花纹沟槽的横截面积以增加花纹沟排水量来实现的。然而，增加胎面沟槽横截面积，随之而来的是轮胎噪音的增加，如何解决轮胎滑水和噪声性能之间的矛盾，至今为止还没有找到有效途径。

生物学家经过长期的观察发现，自然界中许多生物体经过数百万年的进化发展，形成了具有减黏降阻功效的特殊体表结构。例如：水生动物鲨鱼表面均匀排布的V型沟槽非光滑结构可大大减小其在水下高速游动的阻力；信鸽等鸟类羽翼表面上羽枝和羽轴构成凹陷沟槽有利于减小其振翅飞行中产生的空气漩涡阻力。利用上述发现，研究人员通过改变表面形体结构特征技术，对流体减阻做了大量的研究工作。1985年美国的David Taylor海军船舶研究所把3M公司的条文贴面贴在拖船外壳上进行水上实验，得到2%的减阻量；德国飞机制造商曾在飞机机身表面贴敷非光滑的三角形沟槽表面使得飞行过程中飞机节油8%。可见，将仿生非光滑结构用于轮胎花纹沟以降低水在花纹沟的流动阻力，增加花纹沟槽中水流速度来提高轮胎滑水速度是一种有效途径。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种仿生学的防滑轮胎花纹沟槽，使其既能够提高胎面沟槽的排水量，又不会增大轮胎噪音的胎面沟槽结构。

本发明为解决上述目的而采用的技术方案为，保持轮胎胎面花纹形状与排列不变的基础上，在胎面沟槽底部和侧壁上布置仿生非光滑表面结构，即V型沟槽结构。仿生结构的位置有三处，花纹沟底部及两侧壁；三处的仿生结构互不相连；但每处的V型沟槽连接在一起，以各V型沟槽的脚点为连接点，呈连续山峰状。V型沟槽的尺寸取决于轮胎胎面沟槽的大小，一般高度控制在0.8-1.2mm之内，高度在1.2-1.4mm之内，V型沟槽的排列以顺流方向为主，也可以与顺流方向呈一定角度，通常为0⁰-60⁰。

附图说明

现结合附图对本发明一做进一步说明。

图1为防滑轮胎的一个断面图以及胎面沟槽的局部放大图。

图2为光滑结构和非光滑结构下轮胎滑水仿真分析结果中的花纹沟槽底部的壁面剪切力对比。

图3为轮胎滑水仿真分析结果中雨水流经V型沟槽表面时的速度场。

具体实施方式

由图2可知，布置V型沟槽非光滑表面的轮胎胎面沟槽底部的壁面剪切力要小于未布置的，且在V型沟槽底部表现尤为突出，这种结构可以减小雨水从胎面沟槽内排出时受到的阻力。

由图3可知，V型沟槽非光滑表面近壁区内的速度梯度较小，边界层厚度较大，从而减小了边界层内由于涡运动而带来的能量损失，达到减阻的效果，进而提高花纹沟排水量，提高轮胎滑水速度。