空气动力绕流体制造技术

本发明专利技术涉及一种具有多个喷嘴的空气动力绕流体，所述喷嘴用于对通过喷嘴（１）抽吸而除去的流体流以自调节方式进行节流。本发明专利技术还涉及配置有这种类型的抽吸系统的飞行器。最后，本发明专利技术涉及上述节流喷嘴（１）的应用以减少流体流动所绕表面（８）上的摩擦损失。根据本发明专利技术的空气动力绕流体包括具有节流部（５）的多个节流喷嘴（１），所述节流部（５）由入口（２）和出口（３）限定，其中，该节流部的内壁以下述方式实现，即当节流部（５）的入口（２）和出口（３）之间的压差增大时，由于在节流部（５）的内壁上产生紊流，有效流动截面Ａ↓［ｗ］以自调节的方式减小。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体上涉及用于减少流体流动所绕表面上的边界层区域中 摩擦损失的实现方案。本专利技术特别涉及空气动力绕流体，其具有多个喷 嘴，用于以自调节的方式对通过喷嘴抽吸去除的流体流进行节流。本发 明还涉及配置有这种抽吸系统的飞行器。最后，本专利技术涉及多个上述节 流喷嘴的使用以减少流体流动所绕表面上的摩擦损失。在本专利技术的内容中，术语空气动力绕流体本质上是指飞行器的部 件，所述部件由于空气围绕它们流动的原因而分别承受动力提升作用力 和飞行中的抽吸力。该空气动力绕流体尤其包括空气动力绕流体组中的 空气动力绕流体，其包括机身、机翼、升降舵装置、方向舵装置和发动 机整流罩。
技术介绍
当流体围绕一表面流动时，在流体流动所绕表面上的边界层区域中 通常会产生摩擦损失。由流体在硬质基体表面上流动所形成的边界层的 相应类型(层流型或紊流型)会显著影响相关的流动阻力和摩擦损失 当形成层流边界层时，在流体流动所绕的基体表面上会直接产生较低的 相对速度，其中，如图la所示，所产生的摩擦力也较低。但是，紊流 边界层的形成在流体流动所绕的基体表面上直接导致较高的相对速度， 其中，这些相对速度大致对应于所述边界层之外的基体表面上流体的速 度，从而产生如图lc中图解显示的相应高摩擦力。这种类型的摩擦损失自然是人们不希望的，在航空和宇航工程领 域，人们试图通过将边界层稳定在层流范围内而将飞行器表面特别是机 翼上的摩擦损失保持尽量低。例如，根据针对该问题的一种方法，通过 图lb示意性显示的抽吸方式而以平面方式从边界层去除适当的体积流 体流，来将边界层一直保持在层流范围内。在这种情况下，通过抽吸所 去除的流体体积依赖于流动方向中的压力和升力的分布。这种流体流量 可通过抽吸产生，这例如为流体流动所绕的基体提供微穿孔表面实现， 从而借助于图2示意性显示的、布置在微穿孔表面下方的抽吸腔通过抽 吸将适当的体积流量除去。但是，通过产生一定体积的抽吸流来实现将边界层稳定在层流的范 围内具有多种缺点。例如，使抽吸动力适应随时间而变和/或随在流动 方向中的位置而变的压力状况是不可能的，或者抽吸腔的数量和/或对 抽吸系统的相应控制需要不合理的支出。因此，利用已知的方式借助于 微穿孔表面产生一定体积的抽吸流来将边界层稳定在层流范围内的抽 吸会使除去的空气体积不足或过量。此外，还会横向于流动方向产生压力和升力状态的变化。但是，迄 今为止的公知方式是通过横向于流动方向延伸的刚性抽吸腔来产生一 定体积抽吸流体而将边界层稳定在层流范围内，但是这种方式难于控制这些变化。在图3中以图解的方式显示了在流动方向中及在横向于流动 方向中产生的这些压力和升力状态的变化，因此不可避免地会通过抽吸 除去非最佳空气体积或过量空气体积，这样就不必要地增大了系统和装 置成本，例如增大了相应控制成本，这样又导致额外的不理想的重量以 及生产和操作成本。
技术实现思路
根据上述与已知方式相关的问题和缺点，本专利技术的目的为提供一种 用于将边界层稳定在层流范围内的方式。所述已知的方式是通过借助于 微穿孔表面和处于微穿孔表面下面的抽吸腔产生一定体积的抽吸流而 将边界层稳定在层流范围内。本专利技术是通过将流体流动所围绕的空气动 力绕流体上的适当体积流量抽吸去除而将边界层稳定在层流范围内，其 中，本专利技术的方式最佳且自动将所除去的体积流量连续调节至流体流动 所绕基体上随位置和时间而变化的压力和升力分布。该目的可通过特别设计的空气动力绕流体、相应配置的飞行器并利 用多个上述节流喷嘴来实现。根据本专利技术的空气动力绕流体包括在其表面上的多个喷嘴，所述多流进行节流。这些喷嘴分别包括由入口和出口限定的节流部。节流部的 内部构造成使喷嘴的有效流动横截面以自调节的方式减小，同时使节流 部的入口和出口之间的抽吸或压差由于在节流部的内壁上所形成紊流 的原因而增大。因此，本专利技术的基本概念包括利用在空气动力绕流体表面上产生 的流体流动状态和相关的压力状态与节流喷嘴相结合，也就是说，利用 如下事实即最低的抽吸力或压力总是作用在产生最高流速的空气动力 绕流体表面位置上(用负号标记抽吸)。当这种节流喷嘴的出口在高流 速区域中承受的所限定的抽吸力低于(不是非常低于)作用在所述表面 上的抽吸力时，则在喷嘴的节流部中形成层流体积流体流。相反，在流 速较低的其他区域中产生更高的抽吸力或压力(用负号标记抽吸)。在 这种情况下，喷嘴出口处的抽吸力显著低于空气动力绕流体表面上的抽 吸力，而使得节流部上的压降更高，并在节流部中产生紊流。喷嘴的有效喷嘴直径或有效流动截面被减小成在节流部的内壁上 产生紊流，从而减弱流体穿过喷嘴的无障碍流动。尽管通过抽吸穿过喷 嘴而除去的流体流的流速随着节流部的入口和出口之间压差的升高而 增大，但相比较而言，所产生的紊流的效果更显著，从而减小了穿过节 流部的流体体积。如上所述，节流部入口和出口之间非常小的压力降或抽吸力降会在 其中导致近似层流流动，而使得流动截面大致对应于节流部的有效截 面。但是，如果在节流部的入口和出口之间产生显著的压力降，则在节 流部中产生明显的紊流状态而使节流部的有效流动截面减小。这样就可 能使根据本专利技术的节流喷嘴通过抽吸而在高流速区域中除去较大体积 的流体流，并因此使紊流边界层产生高摩擦损失，而在低流速区域中通 过抽吸去除小体积的流体流，并因此使层流边界层产生低摩擦损失。因 此，可将通过抽吸所去除的体积流量调整至在不同的操作状态下的边界 层上分别所需的随位置和时间变化的抽吸。因此，这样就不再需要供应具有不同直径的不同喷嘴结构，就如在 本文开始所描述的已知方式那样，即通过在微穿孔表面上产生一定体积 的抽吸流体流而将边界层稳定在层流范围内。相反，具有专门设计的内 壁的单个喷嘴结构能够在任何升力状态下通过抽吸始终除去最佳体积 流量。与开始所描述的通过产生一定体积的抽吸流体来将边界层稳定在 层流范围内的方式相比较，也不再需要提供多个抽吸腔以恒定地确保最 优体积的抽吸流体。根据本专利技术的节流喷嘴可确保通过每个节流喷嘴的 抽吸始终将表面上的最佳体积流量除去，所述节流喷嘴只具有布置在流 体流动所绕空气动力绕流体表面下方的单个腔。所述节流部以迷宫的形式来实现以确保在喷嘴的节流部上产生所 需的紊流。这种结构涉及在节流部上产生所需紊流的内壁的任何结构。节流部的内壁可为尖缘锯齿部的形式，例如切制或冲压在喷嘴壁材料中。还可想到的是选择能导致紊流产生的其他形状来取代所述尖缘 锯齿部的形式以实现节流部的内壁。例如，可使所述内壁的截面具有弧 形凸起，所述弧形凸起可使穿过其流动的流体产生紊流。节流部的内壁 也可由本领域的技术人员根据相应的应用自然地考虑的多种其他方式 来设计。根据一个具体实施例，上述锯齿部的截面具有连续的、重复的凹形 (凹入波形)，从而在这样形成的凹部中产生相应的紊流。如上所述，锯齿部可切制在喷嘴壁的材料中。这样就可沿着节流部 的内壁将锯齿部布置成螺旋状。如上所述，节流部可切制在布置于第一材料层前面的喷嘴壁中。如 果节流部与该第一材料层平行延伸且不完全穿过该第一材料层，第一材 料层的两侧覆布第二材料层，所述第二材料层分别布置有相应的开口或 孔以形成节流部的入口和出口。这些第二材料层可制作得非常薄并由例 如铝合金制成，所述第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种空气动力绕流体，包括：－流体流动所围绕的表面；－在所述表面中的多个喷嘴（１），所述喷嘴构造成以自调节的方式对通过喷嘴（１）进行抽吸所去除的流体流进行节流；其中所述喷嘴（１）以由入口（２）和出口（３）限定的节流部（ ５）为特征，以及其中所述节流部（５）的内壁以下述方式实现，即当节流部（５）的入口（２）和出口（３）之间的压差增大时，由于在节流部（５）的内壁上产生紊流，有效流动截面（Ａ↓［ｗ］）以自调节的方式减小。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：埃卡特弗兰肯贝格尔，马蒂亚斯穆森，
申请(专利权)人：空中客车德国有限公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]