专利名称：一种交叉纹路微细结构面及其在汽车上的使用方法
技术领域：
本发明涉及一种减少空气阻力的微细结构面，特别涉及一种可以控制流动分离减少汽车空气阻力的交叉纹路的微细结构面及其在汽车上的应用。
如果不考虑流体粘性、设流体为理想流体，流动不产生边界层和分离旋涡流动，汽车所受到的空气阻力将为零。但实际上，汽车行驶空气阻力产生的根本原因在于空气的粘性，空气的粘性与汽车表面的摩擦产生摩擦阻力，摩擦阻力约占汽车空气阻力的15％。另一方面，因为空气粘性形成的边界层流动引起汽车尾部流动分离，复杂的尾部旋涡流动使得汽车车身前部与后部产生压差，形成压差阻力，占到汽车空气阻力的85％！因此，控制汽车的尾部分离流动，减小分离漩涡区，从而减少汽车前后压差是降低空气阻力的关键。
对汽车的尾部分离流动控制来说，目前主要的手段是修形。先进低阻力轿车，尽量采用流线型外形，对非流线形车身前缘安装导向翼，汽车前缘包括风窗玻璃和其它部位的棱角修园实际上就是通过控制分离旋涡流动来降低汽车的气动阻力。但修型的方法必须保证乘员乘坐空间，受到人机工程学的限制，而且往往会使得汽车气动稳定性变差。
美国专利说明书US-4650138(1987年3月17日公布)描述了采用微观槽纹减少阻力的方法，在如
图1所示的翼型上，采用了图2所示的微观槽纹结构。美国专利说明书US-6345791(2002年2月12日公布)描述了采用沿流向变高度槽纹减少湍流摩擦阻力的方法，槽纹结构如图3所示。上述专利所使用的都只是沿流向槽纹，主要目的是减少边界层湍流阻力，没有考虑对汽车外部流体分离流动进行控制，影响流场结构；且在使用对象上，布置在运动物体的整个表面，没有具体考虑到汽车整体流场的特殊性，及其在使用布置上的特殊要求。
发明目的本发明的目的是针对汽车整体流场的特殊性，提供一种交叉纹路微细结构面，通过在汽车车身外部的某些部位设置微细结构面，影响气流粘性底层，对外部流体分离流动进行控制，以达到延缓分离，减少尾部分离区，改变汽车尾部流场结构的效果。
本发明的目的是通过如下技术方案实现的一种交叉纹路微细结构面，该微细结构面是由横向槽纹和纵向槽纹构成的交叉纹路。
本发明所述的微细结构单元断面可呈三角形、梯形或波纹形；微细结构单元断面宽度S＝0.1～0.5mm；微细结构单元断面高度h＝0.4S～0.7S，横向槽纹单元间隔L＝2～4S。
本发明还提供了一种上述交叉纹路微细结构面在汽车上的使用方法，该方法将汽车外部流体分离点之前的部位直接加工成交叉纹路微细结构面，或者将微细结构面制成贴膜覆盖于汽车外部流体分离点之前的部位。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果本发明无需对汽车外形结构进行大修改，通过在汽车外部流体分离点之前设置微细结构面，可以影响气流粘性底层，有效控制外部流体分离流动，达到延缓分离，减少尾部分离区，改变汽车尾部流场结构，从而起到减阻效果。试验表明，可以使分离区减少约1/2，总空气阻力可减少15～30％。
图2为图1所采用槽纹的单元截面。
图3为现有技术中另一种沿流向变高度的槽纹。
图4为本发明的交叉纹路微细结构面的结构示意图(微细结构单元断面为三角形)。
图5为图4的纵向槽纹剖面(A向)。
图6为图4横向槽纹剖面(B向)。
图7为微细结构单元断面为梯形的交叉纹路微细结构面。
图8为微细结构单元断面为波纹形的交叉纹路微细结构面。
图9为未布置交叉纹路微细结构面的轿车外流场。
图10为在发动机盖和车顶布置交叉纹路微细结构面后的轿车外流场。
本发明所提供的微细结构面的单元断面形状还可以是梯形、波纹形，微细结构面如图7、图8所示。
本发明中微细结构面的横向槽纹与纵向槽纹可以成直角，也可以成一定角度，其范围应在45～90°之间。
图9是未设置微细结构面时汽车车身外部空气的流动情况。从图中可以看到该汽车的流动分离发生部位主要有两个地方，发动机盖和前风窗玻璃结合处和汽车尾部，所以微细结构主要布置在这两个分离点之前，即发动机盖和车顶。
具体使用方法可以是对汽车外部流体分离点之前的表面进行直接机械加工，也可以是制成贴膜覆于其上。
图10是在发动机盖和车顶布置微细结构面后的流场图，从图中可以看出分离区减少约1/2，试验表明汽车尾部分离区后部压力有所下降，但总空气阻力可减少20％左右。考虑到不同车型流场结构不同，采用本装置获得的减阻效果也不同，一般总空气阻力可以减少15～30％。
权利要求
1.一种交叉纹路微细结构面，其特征在于微细结构面是由横向槽纹和纵向槽纹构成的交叉纹路。
2.按照权利要求1所述的微细结构面，其特征在于微细结构单元断面宽度S为0.1～0.5mm；微细结构单元断面高度h＝0.4S～0.7S，横向槽纹单元间隔L＝2～4S。
3.按照权利要求1或2所述的微细结构面，其特征在于微细结构单元断面为三角形、梯形或波纹形。
4.按照权利要求1所述的微细结构面，其特征在于横向槽纹与纵向槽纹的夹角在45～90°之间。
5.一种如权利要求1所述交叉纹路微细结构面在汽车上的使用方法，其特征在于将汽车外部流体分离点之前的部位直接加工成交叉纹路微细结构面。
6.一种如权利要求1所述叉纹路微细结构面在汽车上的使用方法，其特征在于将微细结构面制成贴膜覆盖于汽车外部流体分离点之前的部位。
7.按照权利要求5或6所述的使用方法，其特征在于在汽车的发动机盖和车顶设置交叉纹路微细结构面。
全文摘要
一种交叉纹路微细结构面及在汽车上的使用方法，涉及一种可以控制流动分离减少汽车空气阻力的微细结构面及其在汽车上的应用。本发明所述的微细结构面是由横向槽纹和纵向槽纹构成的交叉纹路。本发明无需对汽车外形结构进行大修改，通过在汽车外部流体分离点之前设置微细结构面，可以影响气流粘性底层，有效控制外部流体分离流动，达到延缓分离，减少尾部分离区，改变汽车尾部流场结构，从而起到减阻效果。试验表明，可以使分离区减少约1/2，总空气阻力可减少15～30％。
文档编号F16S1/04GK1479033SQ0212931
公开日2004年3月3日 申请日期2002年8月30日 优先权日2002年8月30日
发明者张扬军, 涂尚荣 申请人:清华大学