[发明专利]一种减阻肋条

说明书

技术领域

本发明涉及到一种改进的肋条减阻装置，通过将其应用于绕流物体表面以改变边界层流动达到降低摩阻的效果，可应用于航空、航天、航海、地面交通以及管道内流等领域。

背景技术

肋条技术来源于鲨鱼盾鳞肋条结构，这种仿生结构已经被大量的研究工作证明具有很强的实用性和良好的减阻效果。现有技术中认为具有减阻效应的肋条必须具有锐利的峰脊且间距与低速条带间距存在某种关系，即，当h⁺≤25和s⁺≤30（见图1，h为肋条高度，s为肋条间距，υ是运动粘度，u_τ是摩擦速度，τ_w是壁面剪切应力，ρ为流体介质密度，上标“+”表示以壁面单位无量纲化的参数，下同）时具有减阻特性，s⁺=h⁺=15,减阻达到最大值为8%。通过对不同截面的肋条(包括三角形、矩形、V形、半圆形等)进行实验可以发现具有最佳减阻特性的是三角截面肋条。对刃形、V字形和梯形肋条（见图1）进行实验对比，表明刃形具有最高的减阻效率，可减阻9.9%，其次是梯形肋条，减阻8.2%，V字形只有5.1％。

传统三角截面肋条减阻效果有限且易受峰脊圆角的影响，刃型肋条虽减阻效果较优，不受肋尖加工圆角的影响，但厚度如此薄的肋条（t=0.02s）难以加工、结构强度不佳，实际应用中易破坏。现有技术中的上述肋条结构严重限制了肋条减阻技术的实际应用。

发明内容

考虑到现有技术的优点和不足之处，本发明提出了一种新的减阻肋条，其创新之处在于结合传统三角肋条稳定性方面的优点，和刀刃肋条的优秀减阻性能及不受肋尖顶点圆角影响的优势，在三角截面肋尖处增加一段刀刃肋条，结合刀刃型肋条减阻性能高、不受加工圆角影响的优点，亦考虑到加工难度、保证结构强度的因素，将肋条结构通过合理的方式顺流向布置在绕流物体表面（如机翼等），通过合理选择肋条截面的尺寸参数（肋条高度，夹角，刀刃厚度、高度等），进而影响边界层流动结构（增加黏性底层厚度、限制流向涡的展向运动），增强其减阻效果。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：一种减阻肋条结构，包括基底、肋条波峰和肋条波谷，顺流向布置在绕流物体表面，其特征在于，相邻两所述肋条波峰之间的空间部分形成肋条波谷，每一所述肋条波峰包括两侧壁和一顶部突起，所述顶部突起为一沿着所述两侧壁的顶点边缘线垂直于基底平面向上拉伸的柱状突起，该柱状突起的顶部为一平面，所述两侧壁与所述基底平面的夹角基本相同，所述柱状突起的横截面基本呈矩形；所述肋条波峰和肋条波谷的设置方向与所述绕流物体表面的流体方向基本相同，且肋条间距s和肋条高度h与所述绕流物体表面的流向涡结构尺度基本为同一量级，其中，所述肋条间距s是指相邻两所述肋条波峰之间的距离，所述肋条高度h是指从所述基底平面到所述顶部突起的顶部平面之间的距离。

优选地，所述顶部突起的顶点边缘线可以加工有过渡圆角或过渡倒角。

优选地，所述肋条波谷的底面为平坦结构。

优选地，所述肋条波谷为V型结构。

优选地，每一所述肋条波峰的两侧壁之间的夹角约为60°。

优选地，所述肋条波谷的两侧壁之间的夹角约为60°。

优选地，所述肋条间距s和肋条高度h与壁面流向涡结构尺度同量级，一般约为15个壁面单位。优选地，所述顶部突起的厚度t一般约为0.3个壁面单位。

优选地，所述顶部突起的高度和肋条高度的比值约为0.1-0.5。

优选地，本发明的减阻肋条结构，可应用于飞机机身、机翼、襟翼等。

优选地，本发明的减阻肋条结构，可应用于船体、潜艇等。

优选地，本发明的减阻肋条结构，可应用于流体管道的内表面。

优选地，本发明的减阻肋条结构，可通过粘接的方式与绕流物体表面固联。

优选地，本发明的减阻肋条结构，可通过在绕流物体表面直接加工的方式形成。

本发明所述的壁面单位为υ/u_τ，其中:υ是流体介质运动粘度，是摩擦速度，ρ为流体介质密度,τ_w是壁面剪切应力。