RU2061915C1

RU2061915C1 - Coating for decreasing drag

Info

Publication number: RU2061915C1
Application number: RU93008958A
Authority: RU
Inventors: Игорь Сергеевич Ковалев
Original assignee: Игорь Сергеевич Ковалев
Priority date: 1993-02-16
Filing date: 1993-02-16
Publication date: 1996-06-10

Abstract

FIELD: fluid dynamics. SUBSTANCE: coating has members uniformly arranged over the carrying surface. The members are corrugated from the side exposed to the flow and face the carrying surface by their flat side. The coating members are arranged on carrying surface with a spaced relation and guaranteed overlapping. Each member consists of parallel flat plate and corrugated plate mounted with a spaced relation to each other. The plates are interconnected through lateral perforated ribs. Lags are positioned at the center of the first ribs of the members. The lags are made of a flexible material and provided with vibration insulators to connect them with the carrying surface. The members are extended along the hollows of the corrugated plates. The hollows of the corrugated plates are perforated. EFFECT: enhanced efficiency. 3 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для снижения сопротивления обтекания, шума и вибрации тела (крыла, винта, купола парашюта, винта, или волновода) в нестационарном потоке. The invention relates to mechanical engineering and can be used to reduce flow resistance, noise and vibration of the body (wing, propeller, canopy of a parachute, propeller, or waveguide) in an unsteady flow.

Известно устройство для звукоизоляции в волноводе (см. а.с. СССР N 181331, кл. G 10 К 11/00, 1965 г.), включающее рассеиватель звука, акустически присоединенный к волноводу и выполненный в виде отрезка волновода с близко расположенными друг от друга резонаторами Гельмгольца на стенке. A device for sound insulation in a waveguide (see AS USSR N 181331, class G 10 K 11/00, 1965), including a sound diffuser, acoustically connected to the waveguide and made in the form of a section of the waveguide with closely spaced Helmholtz resonators on the wall.

Такое устройство малоэффективно в многомодальном волноводе. Such a device is ineffective in a multimodal waveguide.

Известно устройство для звукоизоляции в волноводе (см. а.с. СССР N 381793, кл. С 10 К 11/00, 1970 г.), состоящее из упругих пластин, вмонтированных в волновод. A device for sound insulation in a waveguide (see AS USSR N 381793, class C 10 K 11/00, 1970), consisting of elastic plates mounted in a waveguide.

Недостаток данного устройства необходимость применения в многомодальном волноводе большого ассортимента упругих пластин, что создает большую трудоемкость изготовления и ремонта волновода. The disadvantage of this device is the necessity of using a large assortment of elastic plates in a multimodal waveguide, which creates a great complexity of manufacturing and repairing the waveguide.

Известно устройство для звукоизоляции в волноводе (см. а.с. СССР N 626303, кл. G 10 К 11/00 //F 16 L 55/02, 1978 г.), включающее рассеиватель звука, акустически присоединенный к волноводу и выполненный в виде отрезка волновода с неровностями на стенках, расположенными вдоль волновода. A device for sound insulation in a waveguide (see AS USSR N 626303, class G 10 K 11/00 // F 16 L 55/02, 1978), including a sound diffuser, acoustically connected to the waveguide and made in as a segment of a waveguide with irregularities on the walls located along the waveguide.

Недостаток данного устройства необходимость выполнения в многомодальном волноводе различных неровностей, что создает большую трудоемкость при изготовлении и ремонте волновода. The disadvantage of this device is the need to perform in a multimodal waveguide various irregularities, which creates a lot of labor in the manufacture and repair of the waveguide.

Известно демпфирующее покрытие (см. а. с. СССР N 413286, кл. F 15 D 1/12), состоящее из укрепленных на обтекаемом твердом теле, соединенных между собой слоев эластичного материала с внутренними полостями, заполненными вязкой жидкостью. A damping coating is known (see A.S. USSR N 413286, class F 15 D 1/12), consisting of layers of elastic material fastened to a streamlined solid body, interconnected with internal cavities filled with a viscous fluid.

Недостаток данного демпфирующего покрытия необходимость применения вязкой жидкости, что делает большим вес всей конструкции демпфирующего покрытия. The disadvantage of this damping coating is the need to use a viscous fluid, which makes the whole structure of the damping coating heavier.

Известна поверхность Винокурова (см. а.с. СССР N 1665882 А3, кл. F 15 D 1/12), снижающая сопротивление трения и состоящая из отдельных пластин, установленных со смещением и соединенных друг с другом посредством эластичных прокладок с образованием герметичных камер. The Vinokurov surface is known (see AS USSR N 1665882 A3, class F 15 D 1/12), which reduces friction resistance and consists of separate plates mounted with offset and connected to each other by means of elastic gaskets with the formation of sealed chambers.

Недостатком данной поверхности является необходимость крепления ее только к твердому телу, что значительно уменьшает область применения данной поверхности. The disadvantage of this surface is the need to mount it only to a solid body, which significantly reduces the scope of this surface.

Известна поверхность (см. а.с. СССР N 1672021 А1, кл. F 15 D 1/12, 1989 г.), снижающая сопротивление трения при обтекании жидкостью или газом, образованная продольными ребрами прямоугольного сечения и расположенными на поверхности пластин, установленными с поперечными зазорами. Known surface (see AS USSR N 1672021 A1, class F 15 D 1/12, 1989), which reduces the friction resistance when flowing around with liquid or gas, formed by longitudinal ribs of rectangular cross section and located on the surface of the plates, installed with transverse gaps.

За прототип предлагаемого изобретения выбрано покрытие, описанное в пат. FR N 2573138 А 1, 1984 г. содержащее упорядоченно размещенные по несущей поверхности элементы покрытия, гофрированные со стороны, обтекаемой потоком, и обращенные плоской стороной к несущей поверхности, на которой с равным шагом закреплены и одинаково ориентированы элементы покрытия. For the prototype of the invention, the coating described in US Pat. FR N 2573138 A 1, 1984, containing coating elements arranged in an orderly manner on the bearing surface, corrugated from the streamlined side, and facing the flat side to the bearing surface on which the coating elements are fixed and equally oriented.

Недостатками данного покрытия является то, что данное покрытие при несовпадении направления потока с направлением бороздок гофрированной поверхности образует в потоке вихри, что существенно увеличивает сопротивление обтекания, кроме того, данное покрытие функционирует только на жесткой несущей поверхности, и оно малоэффективно для снижения шума и вибрации тела. The disadvantages of this coating is that this coating, when the flow direction does not coincide with the direction of the grooves of the corrugated surface, forms vortices in the flow, which significantly increases the flow resistance, in addition, this coating only works on a rigid bearing surface, and it is ineffective to reduce body noise and vibration .

Технической задачей данного изобретения является снижение сопротивления обтекания, шума и вибрации тела в нестационарном потоке. An object of the present invention is to reduce flow resistance, noise and body vibration in an unsteady flow.

Указанная техническая задача достигается тем, что на несущей поверхности, имеющей покрытие обтекания, содержащее упорядоченно размещенные по несущей поверхности элементы покрытия, гофрированные со стороны, обтекаемой потоком, и обращенные плоской стороной к несущей поверхности, на которой с равным шагом закреплены и одинаково ориентированы элементы покрытия; элементы покрытия размещены на несущей поверхности с зазором и с гарантированным взаимным перекрытием, и каждый из элементов выполнен составным из установленных с зазором параллельно друг другу плоской пластины и гофрированной пластины, соединенных поперечными перфорированными ребрами, при этом в центре первых ребер элементов расположены ножки, выполненные из упругого материала и снабженные виброизоляторами для соединения с несущей поверхностью. Элементы покрытия выполнены вытянутыми вдоль направления впадин гофрированных пластин, и гофрированные пластины выполнены перфорированными во впадинах. This technical problem is achieved by the fact that on a bearing surface having a flow coating, comprising coating elements arranged in an orderly manner on the bearing surface, corrugated from the streamlined side and facing the flat side to the bearing surface on which the coating elements are fixed and equally oriented ; the coating elements are placed on the bearing surface with a gap and with guaranteed mutual overlap, and each of the elements is made up of a flat plate and a corrugated plate installed with a gap parallel to each other, connected by transverse perforated ribs, while legs made of elastic material and equipped with vibration isolators for connection with the bearing surface. The coating elements are made elongated along the direction of the depressions of the corrugated plates, and the corrugated plates are perforated in the depressions.

Сущность изобретения иллюстрируется графическими материалами, где на фиг. 1 изображено покрытие обтекания, вид сбоку; на фиг. 2 изображено покрытие обтекания, вид сверху; на фиг. 3 изображена увеличенная часть элемента покрытия обтекания (масштаб 15: 1); на фиг. 4 изображен поперечный разрез элемента. The invention is illustrated by graphic materials, where in FIG. 1 shows a flow cover, side view; in FIG. 2 shows a flow cover, top view; in FIG. 3 shows an enlarged portion of the wrap cover element (scale 15: 1); in FIG. 4 is a cross-sectional view of an element.

Покрытие обтекания содержит упорядоченно размещенные по несущей поверхности 1 элементы покрытия 2 (фиг. 1), гофрированные со стороны, обтекаемой потоком, и обращенные плоской стороной 3 к несущей поверхности. На несущей поверхности с равным шагом закреплены и одинаково ориентированы элементы покрытия 2, которые размещены на несущей поверхности с зазорен 4 и с гарантированным взаимным перекрытием (фиг. 1, 2). Каждый из элементов выполнен составным из установленных с зазором 5 параллельно друг другу плоской пластины 3 и гофрированной пластины 6 (фиг. 1, 3, 4), соединенных поперечными перфорированными ребрами 7 (фиг. 3, 4). В центре первых ребер элементов 1 расположены ножки 8, выполненные из упругого материала и снабженные виброизоляторами 9 (фиг. 1, 2) для соединения с несущей поверхностью. Элементы покрытия выполнены вытянутыми вдоль направления впадин 10 (фиг. 4) гофрированных пластин 6 (фиг. 1), которые выполнены перфорированными во впадинах (фиг. 3, 4). The flow coating comprises the coating elements 2 arranged in an orderly manner on the bearing surface 1 (FIG. 1), corrugated from the streamlined side, and facing the flat surface 3 to the bearing surface. On the bearing surface with equal pitch fixed and equally oriented coating elements 2, which are placed on the bearing surface with a gap of 4 and with guaranteed mutual overlap (Fig. 1, 2). Each of the elements is made up of a flat plate 3 and a corrugated plate 6 (Figs. 1, 3, 4) parallel to each other and connected with a gap 5 and connected by transverse perforated ribs 7 (Figs. 3, 4). In the center of the first ribs of the elements 1 are legs 8 made of an elastic material and provided with vibration isolators 9 (Fig. 1, 2) for connection with the bearing surface. The coating elements are made elongated along the direction of the depressions 10 (Fig. 4) of the corrugated plates 6 (Fig. 1), which are perforated in the depressions (Fig. 3, 4).

Покрытие обтекания функционирует следующим образом. The flow coating operates as follows.

При обтекании покрытия нестационарным потоком с быстроменяющимися параметрами [1] (данный режим работы присущ несущему винту вертолета, лопасти вертодвигателя системы Дарье), поток с высоким давлением входит сквозь перфорацию впадин 10 гофрированных пластин 6 (фиг. 4) во внутренний зазор 5. В следующий период времени, когда поток уменьшает свое давление, среда из зазора 5, имеющая давление выше давления потока, выходит через перфорацию впадин 10 и через зазоры боковых сторон элементов покрытия 2. Поток, выходящий из зазора 5 наружу через зазоры боковых сторон, образует пристеночный вдув, что существенно снижает сопротивление. Это свойство покрытия подтверждают экспериментальные данные, полученные в аэродинамической трубе [2]
При обтекании поверхности стационарным или турбулентным потоком, среда в пограничном слое имеет возможность циркулировать из области повышенного давления в область пониженного давления благодаря имеющимся зазорам 5 элементов 2 и перфорации впадин 10 (фиг. 4), а также зазору 4 и зазорам между боковыми сторонами и зазорам между гофрированной и плоской сторонами перекрывающих друг друга элементов. В результате самопроизвольного отсоса (вдува) среды через перфорацию впадин 10 и зазоры между сторонами элементов 2 давление на несущей поверхности 1 выравнивается, что снижает вероятность отрыва потока и существенно снижает сопротивление поверхности.When flowing over a coating with an unsteady flow with rapidly changing parameters [1] (this operating mode is inherent in the main rotor of a helicopter, rotor blades of the Darier system), a high-pressure flow enters through the perforation of the cavities 10 of the corrugated plates 6 (Fig. 4) into the internal gap 5. In the next the period of time when the flow decreases its pressure, the medium from the gap 5, having a pressure higher than the flow pressure, exits through the perforation of the depressions 10 and through the gaps of the sides of the coating elements 2. The flow exiting from the gap 5 to the outside through the gaps b of the fetal sides, forms parietal blowing, which significantly reduces resistance. This property of the coating is confirmed by experimental data obtained in a wind tunnel [2]
When a stationary or turbulent flow flows around the surface, the medium in the boundary layer is able to circulate from the high pressure region to the low pressure region due to the existing gaps 5 of the elements 2 and perforations of the depressions 10 (Fig. 4), as well as the gap 4 and the gaps between the sides and gaps between the corrugated and flat sides of the overlapping elements. As a result of spontaneous suction (injection) of the medium through the perforation of the depressions 10 and the gaps between the sides of the elements 2, the pressure on the bearing surface 1 is equalized, which reduces the probability of flow separation and significantly reduces the surface resistance.

Благодаря перфорации впадин 10 и взаимному гарантированному перекрытию элементов 2 при удлиненной их форме циркуляция среды пограничного слоя с зазором 5 постоянна и не зависит от деформации несущей поверхности 1. Due to the perforation of the depressions 10 and the mutual guaranteed overlap of the elements 2 with their elongated shape, the circulation of the boundary layer medium with a gap of 5 is constant and does not depend on the deformation of the bearing surface 1.

Элементы покрытия 2 благодаря их присоединению к несущей поверхности посредством ножек 8, выполненных из упругого материала, под действием потока осуществляют:
1. Колебательные движения:
а, поперечные, соответствующие колебаниям давления в потоке. Так при при повышении давления в потоке элементы 2 будут прижиматься к несущей поверхности 1, при уменьшении давления потока элементы 2 будут отходить от поверхности, увеличивая зазор 4. При этом деформируются в соответствии с давлением потока ножки 8,
б, продольные, соответствующие изменению формы несущей поверхности. Так при переходе от плоской к выпуклой форме несущей поверхности 1 кроющие концы плоской стороной перемещаются по гофрированной стороне следующих элементов. При этом изменяется зазор 4 и деформируются упругие ножки 8.The coating elements 2 due to their attachment to the bearing surface by means of legs 8 made of an elastic material, under the action of the flow carry out:
1. Oscillatory movements:
a, transverse, corresponding to pressure fluctuations in the flow. So, with an increase in pressure in the flow, the elements 2 will be pressed against the bearing surface 1, with a decrease in the pressure of the flow, the elements 2 will move away from the surface, increasing the gap 4. In this case, they deform in accordance with the pressure of the legs 8,
b, longitudinal, corresponding to a change in the shape of the bearing surface. So when moving from a flat to a convex shape of the bearing surface 1, the covering ends with the flat side move along the corrugated side of the following elements. In this case, the gap 4 changes and the elastic legs 8 are deformed.

2. Вращательные движения, соответствующие изменениям направления потока. При изменении направления потока элементы покрытия под действием сил потока становятся по потоку (флюгерируют), при этом направление впадин 10 гофрированных пластин 6 совпадает с новым направлением потока, а элементы вращаются относительно места соединения ножки с несущей поверхностью. 2. Rotational movements corresponding to changes in flow direction. When the flow direction changes, the coating elements under the action of flow forces become downstream (vane), while the direction of the depressions 10 of the corrugated plates 6 coincides with the new flow direction, and the elements rotate relative to the junction of the legs with the bearing surface.

Колебательные и вращательные движения элементов, вызванные воздействием потока, позволяют уменьшить вихреобразование и выровнять толщину пограничного слоя на поверхности, что снижает сопротивление обтекания. В процессе колебательных и вращательных движений элементов, вызванных воздействием потока, происходит:
упругая деформация ножек 8,
перемещение элементов в пространстве,
перемещение концов элементов друг по другу,
изменение зазора 4.Oscillatory and rotational movements of the elements caused by the action of the flow can reduce vortex formation and even out the thickness of the boundary layer on the surface, which reduces the flow resistance. In the process of oscillatory and rotational movements of the elements caused by the action of the flow, occurs:
elastic deformation of the legs 8,
moving elements in space,
moving the ends of the elements across each other,
clearance change 4.

Перечисленные реакции элементов покрытия снижают силовое воздействие потока на несущую поверхность тела. The listed reactions of the coating elements reduce the force effect of the flow on the bearing surface of the body.

В процессе циркуляции среды пограничного слоя из области повышенного давления потока в область пониженного давления зазоров 5 сквозь перфорацию впадин 10 и в область зазоров 4 через зазоры между боковыми сторонами элементов 2 и через зазоры между гофрированной и плоской сторонами перекрывающих друг друга элементов происходит дросселирование, при этом часть энергии циркуляционной среды тратится на преодоление трения в перфорации впадин и межэлементных зазорах, снижая силовое воздействие на поверхность тела. In the process of circulating the boundary layer medium from the region of increased flow pressure to the region of reduced pressure of the gaps 5 through the perforation of the depressions 10 and into the region of gaps 4 through the gaps between the sides of the elements 2 and through the gaps between the corrugated and flat sides of the overlapping elements, throttling occurs, while part of the energy of the circulation medium is spent on overcoming friction in the perforation of hollows and inter-element gaps, reducing the force effect on the surface of the body.

Благодаря присоединению элементов 2 к несущей поверхности тела 1 посредством упругих ножек 8 через виброизоляторы 9 телу не передается вибрация и звук. Due to the attachment of elements 2 to the bearing surface of the body 1 by means of elastic legs 8, vibration and sound are not transmitted to the body through vibration isolators 9.

При распространении в потоке звуковой волны, имеющей частоту, равную собственной частоте элемента, наступает резонанс в колебательной системе, при котором происходит интенсивное отражение звука от поверхности элемента. When a sound wave propagates in a stream having a frequency equal to the natural frequency of the element, resonance occurs in the oscillating system, at which intense reflection of sound from the surface of the element occurs.

При попадании нормальной звуковой волны низкой частоты сквозь перфорацию впадин 10 в зазоры 5 происходит рассеивание звуковой энергии путем трансформации ее в нормальные волны высоких порядков. When a normal sound wave of low frequency penetrates through the perforation of the depressions 10 into the gaps 5, the sound energy is dissipated by transforming it into normal waves of high orders.

При равенстве проекции звуковой волны, падающей на элемент с волнами гофрированной внешней поверхности, наступает эффект пространственного резонанса, создающего высокую звукоизоляцию. If the projection of the sound wave that is incident on the element with the waves of the corrugated external surface is equal, the effect of spatial resonance occurs, creating high sound insulation.

Благодаря зазору 4 звукоизоляция поверхности тела делается более эффективной. Thanks to the gap 4, sound insulation of the body surface is made more effective.

Данное покрытие повышает уровень звукоизоляции поверхности тела, используя эффект пространственного резонанса, резонанс в колебательной системе и резонатор Гельмгольца. Это делает покрытие эффективным в многомодальном волноводе, не требуя большого ассортимента элементов для изоляции звука разных частот. This coating increases the sound insulation level of the body surface using the effect of spatial resonance, resonance in the oscillatory system and Helmholtz resonator. This makes the coating effective in a multimodal waveguide without requiring a large assortment of elements for isolating sound of different frequencies.

Для повышения прочности конструкции элементов между гофрированной 6 и плоской 3 пластинами размещаются поперечные перфорированные ребра 7. To increase the structural strength of the elements between the corrugated 6 and flat 3 plates are placed transverse perforated ribs 7.

Таким образом видно, что данное покрытие эффективно снижает сопротивление обтекания, шум и вибрацию тела в нестационарном потоке. ЫЫЫ2 Thus, it is seen that this coating effectively reduces flow resistance, noise and vibration of the body in an unsteady flow. YYY2

Claims

1. A flow coating containing the coating elements arranged on a supporting surface, corrugated from the streamlined side and facing the flat side to the bearing surface, on which the coating elements are fixed and equally oriented, characterized in that the coating elements are placed on the bearing surface with a gap and with guaranteed mutual overlap, and each of the elements is made of a composite of a flat plate and a corrugated plate installed with a gap parallel to each other, connected by transverse perforated ribs, while in the center of the first ribs of the elements are legs made of elastic material and equipped with a vibration isolator for connection with the bearing surface.

2. The coating according to claim 1, characterized in that the coating elements are made elongated along the direction of the depressions of the corrugated plates.

3. Coverage on PP. 1 and 2, characterized in that the corrugated plates are perforated in the troughs.