[发明专利]用于流体操纵的系统和方法

说明书

通过操纵诸如机身、机翼或船体之类的物体附近的流体流动，可以大大减小与该物体相关联的波阻力。这可以通过局部改变所述流体流动的流体流速和压力两者来实现。

本申请要求于2018年10月22日提交的美国临时申请第62/749,109号和于2018年10月28日提交的美国临时申请第62/751,623号的权益。本申请涉及于2018年8月10日提交的美国申请第16/101,391号，该申请要求于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、2018年7月27日提交的美国临时申请第62/703,898号以及于2018年8月6日提交的美国临时申请第62/714,778号的权益。上面列出的申请中的每一个通过引用并入本文。

背景技术

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，可以使用导管来增大螺旋桨、直升机旋翼或风力涡轮机的局部自由流流速。这种增大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。

相对于流体移动的物体(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，此类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。

以超音速或跨音速的速度在空中行进的飞机或其部件通常会引起冲击波，这会给飞行器带来相当大的阻力。在水中行使的船舶或其部件通常会引起表面波或重力波，这也可能给飞行器带来相当大的阻力。期望减小波阻力对飞行器或飞行器部件产生的总阻力。

发明内容

本文公开的一些实施例涉及流体相互作用装置，如飞机、轮船或陆地车辆，其容易受到阻力并且尤其受到波阻力。

一些实施例涉及一种用于减小波阻力的系统。

一些实施例涉及一种用于减小波阻力的方法。

在一些实施例中，外表面可以被配置成用于接收流体的外部流体流动。

在一些实施例中，通道可以联接到外表面并且被配置成用于接收流体的内部流体流动。

在一些实施例中，通道可以包括流体入口和流体出口。

在一些实施例中，通道可以被配置成操纵内部流体流动以减小波阻力。

在一些实施例中，通道可以包括第一流体操纵装置(“FMA”)，该第一流体操纵装置可被配置成接收流体入口下游的内部流体流动，并且可以进一步被配置成改变通道内的流体流动的速度和压力。

在一些实施例中，通道可以包括压力容纳装置(“PCA”)，该压力容纳装置可被配置成接收第一FMA下游的内部流体流动。

在一些实施例中，通道可以包括第二FMA，其可被配置成接收PCA下游和流体出口上游的内部流体流动。

在一些实施例中，第二FMA可被配置成进一步改变内部流体流动的速度和压力。

在一些实施例中，自由流可以具有大于自由流内的波的波速的自由流速度。