专利名称：降低翼尖涡流的结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种在流体介质流动中产生升力的结构，在流动中这种结构所产生的流体翼尖涡流得到了降低。
这种结构可以在许多领域中找到应用，例如，飞机的机翼和副翼，某些海上交通工具的附属部件，像鳍板，抗横摇稳定杆，方向舵，螺旋桨叶片等，以及某些用于海上声学试验的导流板。
在所有这些承载结构的自由端上都产生翼尖涡流，它是由于流体做与流动方向相横切的运动，绕过此结构的自由边缘从高压一侧转到低压一侧而产生的。翼尖涡流的横截面一般较小，但是转速却很高。翼尖涡流是非常凝聚的，也即其能量集中在一个小的体积内；它尤其是几乎不受由粘稠所引起的消散的影响，而存在一个相当长的时间。在流动的下游远离产生翼尖涡流的此结构的地方，发现有翼尖涡流。如果要在这个地方追求声学的辨别，或是必须进行声学测量的话，这种情况对声学辨别是不利的；而且由于越是靠近中心，涡流的速度越高，所以所生成的低压可能达到液体的空化(cavitation)，这会更进一步使噪音加重，可能彻底侵蚀坏此结构本身。
甚至是在此承载结构末端安装了横向平板，以便通过减少高压侧和低压侧之间流体的横向流动来改进升力或是来减少尾迹的时候，仍发现有翼尖涡流于是，在此横向平板的边缘处形成翼尖涡流，其凝聚通常比在传统机翼这样的结构的流线形端部大得多。
曾经设想过减少翼尖涡流的措施于是使在其上形成涡流的表面部分变粗糙，希望增加这里的摩擦力，并希望把涡流中心处形成的稠密核心扩大，以便增加这里的消散；人们也想在结构的末端打孔，以产生局部的压力损失；但是这些措施的效果没有得到证实，因而这些措施一般没有被使用。
本发明的目的是通过对涡流的凝聚进行有效地破坏来减少翼尖涡流的作用。
所用的这个装置放置在结构自由端部的一条边线上，而此结构在经受流动的流体介质中产生升力，这是一个具有主要伸长方向的结构，这个边线就位于在这个结构的末端；这个装置包含有多个沿着流动方向连续设置的脊形件，它们与流动方向相倾斜，也可能与这个方向垂直。
这些脊形件可以安装在真正所谓的承载结构上，或者安装在为增加升力而添加到该承载结构自由端部的一块平板上。
这些脊形件的作用是把涡流分成多个并置在一起的较小涡流，因此它们彼此相反，由剪切应力而互相削弱；此外，在这些涡流出现的地方将产生湍流(turbulence)，此湍流有降低这些涡流强度的作用。
因此可以估计，空化的危险将比较小，而且在承载构造下游涡流剩余将减小。
下面的附解地说明了本发明可能的一些实施例，借助于这些附图将对本发明的其他方面和优点进行描述。
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图1装备了本发明的一个承载结构的总体视图。
-图2更精确地表示了一个用来改进升力的平板，它也是装备了本发明的。
-图2A表示了本发明另一个承载平板的细节。
-图3表示了在没有装备本发明的一个承载结构上出现了翼尖涡流。
-图4表示了本发明对翼尖涡流的作用。
-图5,6和7表示了这种脊形承载小板的其他形式。以及-图8图解式地表示了本发明在被牵引的水中听音器排上的运用。
-图9表示了本发明的另一实施例，这个实施例没有可与机翼或是螺旋叶片相适应的端部平板。
图1中的这个结构有机翼的常规形状，虽然它实际上涉及的是一个导流板，此导流板的功能将在下面联系图8来描述。这种结构包含一个伸长的主体1，这个主体是由一个连续的外壳2构成的(但是为了说明此主体1的内部，在此图上只表示了一部分外壳)，此主体的侧面是弯曲的，使得具有与流体的低压一侧相应的拱背3，以及与其高压一侧相应的内弧面4。
主体1的一端，最好是两端，装有平板8，用于主体1移动时来调整主体端部的水流。此平板伸长超过这个机翼的型面，使得产生一个高度相对于该剖面可变化的凸缘。这个平板包含有一个上边缘12和一个下边缘11。
在图2的稍微不同的实施例中，在已有两个肋状物(nervure)之间还包含有肋状物15a和第四肋状物15b，这个第四肋状物设置在反向表面上并且朝向主体1，在该拱背3的上面。
本发明的主要部件是一伸长的小板16，这个小板侧面加工有切口17，这小板的外观为锯齿形。使小板16与平板8焊接在一起，位于上边缘12的直线部分13上，靠近主体1的后缘10，而其伸长方向和肋状物15一样，沿着流体流动的方向。切口17的边缘包含有脊形件18，它设置得向主体1的前缘9倾斜。
图3表示了一个导流板，它与前面的导流板类似，但是没有安装小板16。如果参考图3，可以看出，在导流板施加压力差的地方，也就是说，基本上是在平板8的上边缘12上，形成了涡流19。在导流板移动之后，此涡流长时间地存在。如果添加了小板16，则图4表示了在每个朝向前方的脊形件18上形成了更小的涡流20。在这种情况中，由于所有的涡流20是在相同的方向旋转，所以为相邻的两个涡流所共有的流体脉流(filet)受反向旋转速度的作用，而这两个反向转速趋向于彼此取消。结果是严重的能量消散，它使涡流运动很快地衰减。此外，在脊形件18上产生了流动的分离，这就产生了湍流，阻碍涡流20的生成。因此得以使涡流凝聚和横向速度大为降低，加速了涡流的消散。
在实验上最有用的地方已经安装了小板16，也就是说，安装在承载元件的边缘部分上，这个边缘部分朝向拱背侧3，更精确地说是靠近后缘10。然而可以考虑把它放置在其他地方，也就是说，放置在平板8的上边缘12和下边缘11之间的其他位置。同样，为了得到类似的结果，在小板16上设置的这些切口可以是直接地加工在平板8的边缘11和12中，平板8A就表示了这种情况，其细节表示在图2A中。
如果主体1没有安装平板8，则小板16可以安装得靠近主体1的自由端部的边线，位于拱背3和内弧面4的接合处。
存在有其他构造小板16的可能性附图5,6和7给出了它们的一些例子。于是可以(图5)由小板21替换锯条形小板16，此小板21是由只位于一侧的三角齿形件构成的；其直的边缘22可以焊接在平板8上。
图6表示了一个小板23，此小板的三角齿形件由半圆齿形件24所代替，此半圆齿形件向流体提供了弯曲的脊形件25；最后，图7表示了带有矩形齿形件27的小板26，它的脊形件28与流体的流动相垂直。小板23和26还有把两排相反的齿形件24和27连接起来的直的边缘，通过这条直的边缘可把这两个小板焊接到平板8上。
前面这些图中的导流板可以设置在船31牵引水中听音器30或者声学传感器的一条绳29上，以便进行海上地震测量。导流板竖直地放置在水中听音器30和船31之间；它浸在水中但是却由漂浮物32保持在一个不变的深度。其目的是在横向施加一个升力，使得绳29向旁边偏斜，以便水中听音器30离开船31的尾迹。在美国专利5357892中可以找到这类导流板另外的细节。然而这种导流板的缺点是在其端部产生的并且存在于下游远处其尾迹中的翼尖涡流干扰了水中听音器30的空间位置和测量。这就是为什么添加了按照本发明的小板16，最好是在导流板的每一端部都加上这样的小板。
本发明可以用在没有安装平板8的承载结构(机翼或螺旋桨)上于是图9表示了一个副翼33，这个副翼只是在与自由端36的后缘35相邻接的部分34上加工有切口，使得形成三角形的齿形件37，这些齿形件也有与流动方向倾斜取向的脊形件38。再一次得到了前面实施例的有益效果。与前面的附图类似，这样的一个副翼33也可以装有小板16,21,23或26。
比较图9中的实施例和图1和2中的实施例，我们看到，本发明的这些基本的脊形件可以与构成自由端部边线(副翼33)的零件共面并且垂直于这个零件(平板8)。中间的取向也是可以的。
权利要求
1．在经受流动的流体介质中产生升力的结构，这个结构具有一个主要的伸长方向并且终止于自由的端部边线(12,35)处，其特征在于这个自由端部边线包含有多个脊形件(18,25,28,38)，它们沿着流动方向连续地设置，与局部流动方向相倾斜。
2．按照权利要求1所述的结构，其特征在于这些脊形件位于与该结构的后缘(10,35)相邻接的端部边线的一部分(13,14)上。
3．按照权利要求1或2中的任一项所述的结构，其特征在于此结构安装有一端部结构，此端部结构包含有大致与此结构的主要部分相垂直的平板(8)，此平板具有自由端部边线(12)。
4．按照权利要求3所述的结构，其特征在于这些脊形件是由加工在平板(8A)上的切口的边缘构成的。
5．按照权利要求2和3所述的结构，其特征在于这些脊形件位于这个平板的边缘上，此平板的边缘大致是沿着流动方向伸展，并且位于流体的低压的一侧(3)上，这一侧是由结构的主要部分(1)所构成的。
6．按照权利要求1到5中的任一项所述的结构，其特征在于这些脊形件(18)在自由端部边线(12)的两侧伸展。
7．按照权利要求1到6中的任一项所述的结构，其特征在于这些脊形件是在小板(16,21,23,26)的锯齿状的边线上形成的。
8．按照权利要求1到7中的任一项所述的结构，其特征在于它涉及空运的或者海运的交通工具中的机翼。
9．按照权利要求1到7中的任一项所述的结构，其特征在于它涉及螺旋桨的桨片。
10．按照权利要求1到7中的任一项所述的结构，其特征在于它涉及的是一个导流板，这个导流板悬挂在一个漂流物上，并安装在船(31)和至少一个声学的传感器(30)，例如水中听音器，之间的海上牵引绳(29)上。
全文摘要
像机翼这样的承载结构在其自由边缘上装有成齿形切口的小板(16),用于打碎由流体压力分布而在这些地方产生的翼尖涡流。涡流的消散得到加速,涡流的剩余大大地被降低了。为了进行海上的地震测量,对用于由船(31)牵引的一排水中听音器(30)的扰流板来说,干扰水中听音器(30)的噪音被降低了。在航海运用上,空化产生的可能性大大地减少了,尤其是对稳定翼或是螺旋桨的情况更是如此。在航空应用上,在飞机起飞和降落时的涡流残余减少了。
文档编号B63B39/06GK1319063SQ9981130
公开日2001年10月24日 申请日期1999年9月24日 优先权日1998年9月25日
发明者S·科迪尔, L·布里安康－马乔莱特 申请人:吉科有限公司