Способ для снижения лобового сопротивления при обтекании тела потоком жидкой или газовой среды

Изобретение относится к судостроению, авиастроению и может быть использовано для создания судов и самолетов с уменьшенным сопротивлением при их движении.

Известен способ снижения сопротивления при обтекании тела потоком жидкой или газовой среды, в котором создают циркуляцию среды между пространством вне тела и полостями внутри него, отсасывают среду из потока через отверстия, расположенные на значительной части поверхности тела (С.П. Уилкинсон и др. "Гибридная поверхность для отсасывания воздуха" в сборнике "Снижение вязкостного трения, доклады симпозиума по снижению сопротивления трения в вязком потоке, ноябрь 1979 г. в г. Далласе, Москва, Машиностроение, 1984).

Недостатком этого способа являются большая затрата энергии на отсасывание среды, а также засорение отверстий.

Известен способ снижения сопротивления при обтекании тела потоком жидкой или газовой среды, в котором создают циркуляцию среды между пространством вне тела и полостями внутри него, создают давление во внутренних полостях перед отверстиями, расположенными на некоторой части поверхности тела, и образуют у этой части дополнительно к пограничному слою основного потока искусственный пограничный слой, непосредственно прилегающий к поверхности тела (Патент RU №2254503, МПК F15D 1/12, опубл. 2005.06.20).

Недостатком указанного способа являются увеличение потерь на участках пограничного слоя, куда вдувают струи с большими скоростями, необходимыми для образования безотрывного пограничного слоя на остальной части поверхности. Завихряющийся поток создает сопротивление текущей жидкости между полостями.

Целью изобретения является существенное снижение сопротивления при обтекании тела потоком жидкой или газовой среды.

Указанная цель достигается тем, что обтекатель содержит несколько инжекционных каналов, образующих в носовой части входной канал, суживающийся в концевой части. В носовой части инжекционный канал выполняется плавным изгибом выходной части с выводом ее на внешний корпус носовой части за входным отверстием, вдоль образующей корпуса. В переходной части выполняется другой формы инжекционный канал с плавным наклоном внешней плоскости к корпусу. Известно, что согласно условию неразрывности струи V₁=V₂. Отсюда чрез выходную суженную часть должно пройти столько жидкости, сколько вошло во входной канал. При этом соблюдается условие S₁*V₁=S₂*V₂. Отсюда скорость потока в выходном отверстии будет выше, чем во входящем отверстии. Тогда набегающий поток воды будет скользить по слою воды, вытекающей из выходящего отверстия. Таким образом носовая часть судна будет покрываться слоем жидкости скорость которой выше скорости набегающего потока, она будет способствовать снижению трения корпуса о набегающий поток воды при движении судна.

В устройстве снижения лобового сопротивления, содержащем инжекционные каналы, согласно предлагаемому изобретению дополнительно в лобовой части инжекционный канал дополнен раковиной, обеспечивающей изменение направления потока по круговому каналу для сокращения расстояния между входным и выводным каналом на поверхности носовой части судна, при этом центростремительная сила способствует сужению канала к осевой линии и повышения в нем давления.

Такое сочетание новых признаков с известными позволяет решить поставленную техническую задачу, создать на поверхности корпуса судна водяной поверхностный слой скорость которого больше набегающего потока, обеспечивающее снижение трения и соответственно увеличить скорость судна.

Устройство реализующее способ снижения лобового сопротивления показано на фиг. 1. Устройство содержит корпус судна 1 в лобовой части которого размещены инжекционные каналы, отличающиеся тем, что в лобовой части инжекционный канал 11, 15 дополнен раковиной с плавным изгибом выходной части 10, 14 инжекционного канала, так и плавным наклоном внешней плоскости 3, 7 к корпусу, обеспечивающей изменение направления потока по круговому каналу, выходная часть канала 10, 14 имеет щелевую форму ширина которой равна диаметру входной части канала 16, 12, а боковые каналы имеют щелевое строение, у которых входная часть 4, 8 толще, чем выходная 2, 6.

Способ осуществляется следующим образом. При движении судна набегающий поток воды забирается входным каналом 12, 16 инжекционного канала проходит через внутренний канал типа раковины 11, 15 при этом за счет центростремительной силы повышается давление по оси канала, затем поток жидкости вытекает через зауженный выходной канал 14 получая приращение скорости движения и этот поток покрывает поверхность корпуса судна до следующего входного канала 12. Поскольку в лобовой части может быть несколько таких инжекционных каналов, то вся лобовая часть будет покрыта слоем жидкости, скорость которой выше скорости набегающего потока 5, 9, 13. При этом будет обеспечиваться снижение трения набегающего потока о корпус судна, чем обеспечивается повышение скорости движения. Кроме того наклонные боковые инжекционные каналы 3, 7 будут обеспечивать такой же ускоренный слой жидкости на боковой поверхности, снижая сопротивление за счет трения набегающего потока 5 о боковую поверхность судна.

Таким образом применение способа обеспечит уменьшение лобового сопротивления судна о набегающий поток, это позволит снизить энергозатраты при движении и увеличить скорость как для воздушного судна так и для подводного и надводного.