[发明专利]新型高速表面减阻装置

说明书

技术领域

本发明涉及流体动力学领域，尤其涉及一种新型高速表面减阻装置。 

背景技术

在流体中，例如空气或水中，受流体粘性影响，高速飞行或运动的物体表面与周围流体存在很大的速度差，这种相对运动会使物体表面流体形成很大的速度梯度，从而产生很高的流动摩擦阻力和很大的能量耗散。例如，在大气层中飞行的导弹由于这种气体动力学产生的动能损失会使飞行器表面产生巨大的摩擦以致高温严重烧蚀。因此，减小运动物体与周围流体的相对速度差，降低表面速度梯度，改善解决由相对运动产生流动阻力大、能耗高的问题十分有意义。 

减少粘性阻力的有效技术需要实现简单和效果明显。目前的技术主要可以归为以下几类： 

1、改善表面结构，例如增加条纹，改变表面凸起等。这类方法会影响流动边界层的结构，从而改善阻力情况。由于结构简单与鲁邦性好，这类方法应用较为广泛，但效果不是十分明显； 

2、采用柔性与可控表面。这类方法在理论上可能根据实际工况而对表面构型做出不同的调整，所以可能有比较好的效果。但实际操作复杂，不易或不可能实现； 

3、增加防护层。对于特殊对象，例如防止高速飞行器表面烧蚀，这是实用的方法。很明显这种方法代价很高； 

4、滑移表面减阻。这类方法有过一些理论与概念研究，主要有： 

Drag reduction with the slip wall,D.Bechet,W.Hage and M.Brusek,AIAA Journal,34(5)pp1072-1074(基于滑动壁面的减阻研究，Bechet,W.Hage and M.Brusek，美国宇航协会期刊34(5)1072-1074页)，该文献公开了下述技术方案：通过附加动力驱动皮带而制造滑动表面以达到减阻效果。但在实际应用上，由于机构复杂或 皮带与转轮之间的由于流动不稳性导致的皮带机械振动问题使得这一方法很难得到实际应用，综合效果可能得不偿失。 

专利公开号为1730950的中国专利，专利名称为：多重活动壁面流体减阻装置，其同样采用上述的附加动力驱动皮带而制造滑动表面以达到减阻效果，该技术方案中可能附加的真空或润滑空间导致的结构复杂或驱动而带来的额外功耗，使得在应用上很难推广。通过皮带制造滑动表面原则上只能适用于非常有限的几何表面。 

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提供了一种新型高速表面减阻装置，以解决现有应用中由于运动物体与周围流体间大的速度差而导致的流动阻力大与能耗高的技术问题，通过简单易行的装置以实现减阻这一重要需求，适应范围广，结构简单易行，同时基于充分的理论研究而很好地控制运行参数使得这项技术具有很好的实用前景。 

为达到上述目的，本发明提供一种新型高速表面减阻装置，用以减少物体运动阻力，由若干个减阻单元组成，每个减阻单元包括：轮轴、轴承、转动体，轮轴设置在物体表面，转动体与轮轴通过轴承相连。 

优选的，所述转动体为圆柱形滚筒、滚轮、滚珠其中的一种或几种的组合，以使得本发明能够适应多种环境的使用需求，其中，滚珠结构尤其适用于流场空间结构随时间变化的工况，对于该种工况能够使物体更好地工作。 

优选的，所述轮轴与物体表面一体成型制成。 

优选的，还包括连接装置，连接装置包括：固定支架、柔性连接装置，固定支架将轮轴牢固的固定于物体表面，柔性连接装置将若干固定支架相互之间连接起来。 

优选的，所述转动体，其表面设置有利于转动体随流体一体运动的装置，比如：凸凹或波纹表面等。 

优选的，所述轴承，其与相邻轴承之间的间距L小于轴承的两倍直径D。 

优选的，所述转动体，其尺寸根据设置在物体表面的位置进行调整，物体表面端部的转动体尺寸可小于物体表面后部的转动体尺寸。 

本发明的工作原理具体如下： 

物体表面设置有本发明所述的新型高速表面减阻装置时，当该物体高速运动时，周围的流体在物体表面会产生很大的剪切力，从而带动转动体转动。由受力分析可知，转 动体的转动将使运动物体与周围流体的表面相对速度减小，从而降低流动阻力。这种装置结构具有很好的适应性，通过对转动体与流体的相互作用研究，在技术实现上得到优化的运行参数。 

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果： 

1、本发明减小了运动物体与周围流体之间的相对运动速度差，具有降低运动物体流动阻力、减少能量消耗的突出效果； 

2、本发明的转动体可以采用圆柱形滚筒，以及滚轮或滚珠等多种形状，能够适应不同几何表面，满足不同环境的使用需求；