用于流体操纵的装置和方法制造方法及图纸

一种具有第一推力装置的意向性流体操纵装置组件，所述第一推力装置在标称操作要求期间向局部自由流流动施加第一诱导速度。所述第一推力装置产生流管。第二推力装置位于所述流管的下游部分。所述第二推力装置向所述局部自由流流动施加第二诱导速度。在所述第二推力装置的位置处的所述第二诱导速度具有与在所述第二推力装置的位置处的所述第一诱导速度的方向相反的方向上的分量。

Devices and methods for fluid handling

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于流体操纵的装置和方法本申请要求于2017年8月10日提交的美国临时申请第62/543,371号、于2018年6月15日提交的美国临时申请第62/685,295号以及于2018年7月27日提交的美国临时申请第62/703,898号的权益，其以引用的方式并入本文中。
技术介绍
许多流体相互作用装置在低自由流流速下具有较大功耗。例如，对于直升机，悬停时所需的功率可以是标称水平巡航时所消耗的功率的两倍。传统固定翼飞行器的螺旋桨或商用喷气式客机的涡轮风扇在较小自由流流速(诸如起飞时发现的速度)下比在较大自由流流速(诸如在标称水平巡航时发现的速度)下针对给定的推力大小消耗更大功率量。同样，传统的开放式旋翼风力涡轮机能够从流体中提取的功率量不一定小。试图减轻与相对低的自由流流速大小相关的推力产生或功率提取的低效率问题在效果上是有限的。例如，可以使用导管来增加螺旋桨、直升机旋翼或风力涡轮机的局部自由流流速。这种增加的幅度由导管的几何形状决定，而导管的几何形状又受到约束条件(诸如与流动分离有关的约束条件)的严格限制。对于较小自由流流速，即最需要导管的情况下，这些约束条件尤其严格。由于这些约束条件，只能通过具有较大扩压器的导管来对局部自由流流动产生较大影响，例如，这可能与过大的润湿面积和增加的重量相关联。相对于流体运动的物体(诸如机身)通常会遭受摩擦力或牵引阻力。在现有技术中，试图最小化该牵引阻力通常局限于确保物体的润湿表面尽可能光滑。在某些情况下，这种光滑度可以有利于润湿表面的至少一部分上的层流，这可以有助于减小粘性牵引阻力。然而，即使在存在层流的情况下，该牵引阻力也是相当大的。
技术实现思路
根据一些实施例，一种流体操纵装置(诸如直升机主旋翼系统)可以配置为与传统直升机旋翼系统相比，减少在悬停期间消耗的功率，并且增加例如悬停持续时间。这些原理还提高了其它类型的流体相互作用装置(诸如螺旋桨或风力涡轮机)的推力产生或功率提取的效率。在一些实施例中，改变包含增加推力产生或功率提取流体相互作用装置的至少一部分的局部自由流流速。上述粘性牵引阻力是流体相对于物体的润湿表面的局部自由流速度的函数。根据一些实施例，一种流体操纵装置可以配置为改变流体相对于物体的润湿表面的局部自由流速度，并且减小粘性牵引阻力。在一些实施例中，改变包含降低物体的润湿表面的至少一部分的局部自由流流速。一些实施例包括一种意向性流体操纵装置和/或相关方法，其中，具有上游推力装置的推力装置组件可以配置为在标称操作期间相对于自由流流动在第一方向上产生预期力或推力。推力装置组件还可以包括至少一个下游推力装置，其中，该下游推力装置至少部分地设置在上游推力装置的下游流管的至少一部分中。下游推力装置可以配置为在上游推力装置的流管中的下游推力装置的位置处产生推力，该推力具有平行于上游推力装置的诱导速度矢量的方向的至少一个矢量分量。下游推力装置的推力可以在上游推力装置的流管与下游推力装置的流管之间的至少一部分重叠区域上满足该方向标准。推力装置组件可以包括至少两个推力装置。在一些实施例中，流管可以通过外部提升装置或推力装置来弯曲。在一些实施例中，上游推力装置在下游推力装置的位置处的诱导速度矢量不再需要与上游推力装置受到的推力对准。在一些实施例中，也可以不再与上游推力装置在上游推力装置的位置处的诱导速度矢量对准。在一些实施例中，下游推力装置在下游推力装置的位置处的诱导速度矢量可以配置为具有与上游推力装置在该位置处的诱导速度矢量相反的方向上的至少一个分量。在一些实施例中，下游推力装置受到的推力因此不必具有在上游推力装置的推力的相反方向上的分量。其它实施例包括一种意向性流体操纵装置和/或相关方法，其中具有上游推力装置的推力装置组件可以配置为至少在相对于自由流流速矢量的预期方向上施加第一动量变化率。推力装置组件可以包括至少一个下游推力装置，其中下游推力装置可以至少部分地设置在上游推力装置的下游流管的至少一部分中。下游推力装置可以配置为对上游推力装置的流管中的流体施加第二动量变化率，其中，对于上游推力装置的流管与下游推力装置的流管之间的至少一部分重叠区域，该第二动量变化率的方向具有第一动量变化率对上游推力装置的流管中的流体的影响的相反方向上的至少一个分量。其它实施例包括一种意向性流体操纵装置和/或相关方法，其中推力装置组件可以包括上游推力装置，该上游推力装置配置为向流体输送预期量的诱导功率。推力装置组件可以包括至少一个下游推力装置，其中下游推力装置至少部分地设置在上游推力装置的下游流管的至少一部分中。下游推力装置可以配置为在上游推力装置的流管与下游推力装置的流管之间的至少一部分重叠区域上从流体提取预期量的诱导功率。其它实施例包括一种意向性流体操纵装置和/或相关方法，其中推力装置组件包括上游推力装置，该上游推力装置配置为从流体提取预期量的诱导功率。推力装置组件可以包括至少一个下游推力装置。下游推力装置可以至少部分地设置在上游推力装置的下游流管的至少一部分中，并且下游推力装置可以配置为在上游推力装置的流管与下游推力装置的流管之间的至少一部分重叠区域上向流体输送预期量的诱导功率。其它实施例包括另一种意向性流体操纵装置(IFMA)组件。IFMA可以包括第一推力装置，该第一推力装置配置为在标称操作要求期间向局部自由流流动施加第一诱导速度，该第一推力装置产生流管。可以包括第二推力装置。第二推力装置可以位于流管的下游部分。第二推力装置可以配置为向局部自由流流动施加第二诱导速度。在第二推力装置的位置处的第二诱导速度可以具有与在第二推力装置的位置处的第一诱导速度的方向相反的方向上的分量。在一些实施例中，第二推力装置可以配置为在流管中的第二推力装置的位置处产生第二推力，该第二推力具有平行于第一推力装置的诱导速度矢量的方向并且与第一推力装置的诱导速度矢量的方向对齐的矢量分量。在一些实施例中，第二推力装置的推力可以在上游推力装置的流管与第二推力装置的第二流管之间的至少一部分重叠区域上进行计算。在一些实施例中，标称操作要求可以用于提供净推力，其中净推力在惯性系中等于第一推力装置的第一推力矢量加上第二推力装置的第二推力矢量。在一些实施例中，与第二推力装置对流体流动的影响可忽略不计的情况相比，可以减小产生净推力所需的诱导功率。在一些实施例中，第一或第二推力装置中的一个的至少一部分可以从非零自由流流动中提取功率。在一些实施例中，边界装置可以在空间上将第一推力装置与第二推力装置分开。在一些实施例中，第一和第二推力装置可以配置为减少边界装置的阻力损失。在一些实施例中，第一和第二推力装置可以包括开放式旋翼或导管式旋翼。其它实施例包括另一种意向性流体操纵装置(IFMA)组件。IFMA可以包括具有外表面的边界装置。该边界装置可以配置为相对于周围流体移动。意向性动量承载装置(IMCA)可以联结至边界装置框架。IMCA可以以减小边界装置框架的外表面附近的流速梯度的方式联结至边界装置。在一些实施例中，IMCA可以是联结至边界装置框本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种意向性流体操纵装置(IFMA)组件，所述IFMA包含：/n第一推力装置，所述第一推力装置被配置为在标称操作要求期间向局部自由流流动施加第一诱导速度，所述第一推力装置产生流管；/n第二推力装置，所述第二推力装置位于所述流管的下游部分，所述第二推力装置被配置为向所述局部自由流流动施加第二诱导速度，其中，在所述第二推力装置的位置处的所述第二诱导速度具有与在所述第二推力装置的位置处的所述第一诱导速度的方向相反的方向上的分量。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170810 US 62/543,371;20180615 US 62/685,295;20181.一种意向性流体操纵装置(IFMA)组件，所述IFMA包含：
第一推力装置，所述第一推力装置被配置为在标称操作要求期间向局部自由流流动施加第一诱导速度，所述第一推力装置产生流管；
第二推力装置，所述第二推力装置位于所述流管的下游部分，所述第二推力装置被配置为向所述局部自由流流动施加第二诱导速度，其中，在所述第二推力装置的位置处的所述第二诱导速度具有与在所述第二推力装置的位置处的所述第一诱导速度的方向相反的方向上的分量。


2.根据权利要求1所述的IFMA组件，其中，所述第二推力装置被配置为在所述流管中的所述第二推力装置的位置处产生第二推力，所述第二推力具有平行于所述第一推力装置的诱导速度矢量的方向并且与所述第一推力装置的诱导速度矢量的方向对齐的矢量分量。


3.根据权利要求2所述的IFMA组件，其中，所述第二推力装置的推力在上游推力装置的所述流管与所述第二推力装置的第二流管之间的至少一部分重叠区域上进行计算。


4.根据权利要求1所述的IFMA组件，其中，所述标称操作要求用于提供净推力，其中，所述净推力在惯性系中等于所述第一推力装置的第一推力矢量加上所述第二推力装置的第二推力矢量。


5.根据权利要求4所述的IFMA组件，其中，与所述第二推力装置对流体流动的影响可忽略不计的情况相比，减小产生所述净推力所需的诱导功率。


6.根据权利要求1所述的IFMA组件，其中，所述第一或第二推力装置中的一个的至少一部分从非零自由流流动中提取功率。


7.根据权利要求1所述的IFMA组件，其中，边界装置在空间上将所述第一推力装置与所述第二推力装置分开。


8.根据权利要求7所述的IFMA组件，其中，所述第一和第二推力装置被配置为减少所述边界装置的阻力损失。


9.根据权利要求1所述的IFMA组件，其中，所述第一和第二推力装置包含开放式旋翼或导管式旋翼。


10.一种意向性流体操纵装置(IFMA)组件，所述IFMA包含：
具有外表面的边界装置，所述边界装置被配置为相对于周围流体移动；以及
联结至边界装置框架的意向性动量承载装置(IMCA)，所述IMCA以减小所述边界装置框架的所述外表面附近的流速梯度的方式联结至所述边界装置。


11.根据权利要求10所述的IFMA组件，其中，所述IMCA是联结至所述边界装置框架的多个IMCA中的一个，所述多个IMCA以减小所述边界装置框架的所述外表面附近的流速梯度的方式联结至所述边界装置。


12.根据权利要求11所述的IFMA，其中，所述多个IMCA包含位于所述边界装置框架上游的前IMCA，所述前IMCA被配置为生成从所述前IMCA的后缘延伸以包围所述边界装置框架的流管。


13.根据权利要求12所述的IFMA，其中，所述多个IMCA包含位于所述边界装置框架的一部分周围的一个或多个中间IMCA，所述中间IMCA不在所述上游IMCA后面。


14.根据权利要求12所述的IFMA，其中，所述中间IMCA被配置为使所述流管入射到所述中间IMCA的前缘停滞线上。


15.根据权利要求14所述的IFMA，其中，所述多个IMCA包含位于所述边界装置框架下游的后IMCA，所述后IMCA被配置为从所述后IMCA的前缘处的所述中间IMCA包围所述流管。


16.根据权利要求13所述的IFMA，其中，所述多个IMCA包含多个圆形导管。


17.根据权利要求16所述的IFMA，其中，所述多个导管中的每个导管均被配置为产生升力，所述升力具有相对于所述边界装置被配置为相对移动的方向轴线沿径向向外的方向的分量。


18.根据权利要求16所述的IFMA，其中，所述多个IMCA被配置为在...

【专利技术属性】
技术研发人员：保罗·奈瑟，
申请(专利权)人：保罗·奈瑟，
类型：发明
国别省市：美国;US