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Patent Searching and Data


Title:
SURFACE OF A BODY IMMERSED IN A FLUID FLOW
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/1995/011388
Kind Code:
A1
Abstract:
The surface (12) of a body (10) immersed in a fluid flow has projections (14) on the base surface. In order to design a more flow-favourable surface (12) of a body (10) immersed in a fluid flow and having projections (14) on the base surface, the projections (14) are surrounded by two demarcation lines (18, 20), as seen from above the surface (12). The first demarcation line (18) is longer and more curved than the other demarcation line (20), so that the projections (14) have the cross-sectional area of an airfoil.

Inventors:
Moser, Josef
Application Number:
PCT/EP1994/003422
Publication Date:
April 27, 1995
Filing Date:
October 18, 1994
Export Citation:
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Assignee:
Moser, Josef
International Classes:
B63B1/36; B63H1/28; B64C21/10; F01D5/14; F01D25/00; F04D29/68; F15D1/12; (IPC1-7): F15D1/12; B64C21/10; F01D5/14; F04D29/68
Domestic Patent References:
1984-10-11
Foreign References:
DE3609541A11987-09-24
DE1934246A11970-01-22
US4650138A1987-03-17
EP0246915A11987-11-25
GB2068502A1981-08-12
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Claims:
Oberfläche eines fluidumströmten KörpersAnsprüche
1. Oberfläche eines fluidumströmten Körpers mit aus der Grund¬ fläche vorstehenden Erhebungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhebungen in Draufsicht auf die Oberfläche jeweils von zwei Begrenzungslinien umrandet sind, von denen die eine Begrenzungslinie länger ist und eine größere Krümmung auf¬ weist als die andere Begrenzungslinie, so daß sich die Quer¬ schnittsfläche eines Tragflügels ergibt.
2. Oberfläche eines fluidumströmten Körpers nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhebungen derart nebeneinan der angeordnet sind, daß jeweils neben einer Begrenzungsli¬ nie mit größerer Krümmung einer Erhebung eine Begrenzungsli¬ nie mit kleinerer Krümmung einer folgenden Erhebung liegt.
3. Oberfläche eines fluidumströmten Körpers nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Erhebungen hin¬ tereinander in Reihe angeordnet sind und daß mehrere Reihen von Erhebungen nebeneinander liegen.
4. Oberfläche eines fluidumströmten Körpers nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in den durch die Erhebungen ge¬ bildeten Reihen die jeweilige Begrenzungslinie mit größerer Krümmung der hintereinander liegenden Erhebungen in eine Richtung gerichtet ist.
5. Oberfläche eines fluidumströmten Körpers nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzungslinie mit größe¬ rer Krümmung der hintereinander angeordneten Erhebungen je¬ weils abwechselnd in entgegengesetzte Richtungen weisen.
6. Oberfläche eines fluidumströmten Körpers nach einem der An¬ sprüche 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der Erhe¬ bungen bei nebeneinander angeordneten Reihen von Erhebungen unterschiedlich ist.
7. Oberfläche eines fluidumströmten Körpers nach einem der An¬ sprüche 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der Erhe¬ bungen von hintereinander angeordneten Erhebungen unter¬ schiedlich ist.
8. Oberfläche eines fluidumströmten Körpers nach einem der An¬ sprüche 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhebungen zu ihrem von der Grundfläche wegweisenden Ende hin ebenfalls gekrümmt sind.
9. Oberfläche eines fluidumströmten Körpers nach einem der An¬ sprüche 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Erhebungen, die der Grundfläche gegenüberliegt, parallel zur Grundfläche verläuft oder schräg zur Grundfläche angestellt ist, während die seitlichen Begrenzungsflächen der Erhebun¬ gen jeweils senkrecht zur Grundfläche ausgerichtet sind.
10. Oberfläche eines fluidumströmten Körpers nach einem der An¬ sprüche 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche erste vergleichsweise hohe Erhebungen aufweist, die eine Grobstruktur bilden, und daß auf dieser Grobstruktur wiederum vergleichsweise niedrige Erhebungen ausgebildet sind, die eine Feinstruktur bilden.
Description:
Oberfläche eines fluidumströmten Körpers

Die Erfindung betrifft eine Oberfläche eines fluidumströmten Körpers mit aus der Grundfläche vorstehenden Erhebungen.

Es ist bereits bekannt, daß umströmte Körper, wie beispielswei¬ se die Außenhaut von Flugzeugen mit feinen Wellen, d.h. ent¬ sprechenden aus der Grundfläche vorstehenden Erhebungen verse¬ hen sind. Hierdurch wird insgesamt eine strömungsgünstigere Oberfläche erhalten.

Andererseits ist es beispielsweise aus dem deutschen Gebrauchs¬ muster DE 90 13 099 U bekannt Rotoren zur Energieaufnahme aus einem strömenden Medium bzw. zur Energieabgabe an ein strömen¬ des Medium in Wellenform vorzusehen. Durch die entsprechende Wellung des Rotors wird der Wirkungsgrad desselben wesentlich verbessert.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, die Oberfläche eines fluidumströmten Körpers mit aus der Grundfläche vorste¬ henden Erhebungen noch strömungsgünstiger zu gestalten.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß bei einer Oberfläche mit aus der Grundfläche vorstehenden Erhebun-

gen die Erhebungen in Draufsicht auf die Oberfläche jeweils von zwei Begrenzungslinien umrandet sind, von denen die eine Begrenzungslinie länger ist und eine größere Krümmung aufweist als die andere Begrenzungslinie, so daß sich die Querschnitts¬ fläche eines Tragflügels ergibt. Die über die Oberfläche strei¬ chende Strömung legt also auf der einen Seite der Erhebung einen weiteren Weg zurück als auf der anderen Seite. Die Erhe¬ bungen können nun derart nebeneinander angeordnet sein, daß jeweils neben einer Begrenzungslinie mit größerer Krümmung einer Erhebung eine Begrenzungslinie mit kleinerer Krümmung einer folgenden Erhebung liegt. Hierdurch entsteht ein Kanal, der einerseits von der vergleichsweise längeren und gekrümmte¬ ren Begrenzungsfläche der Erhebung begrenzt ist und anderer¬ seits von der kürzeren Begrenzungsfläche mit kleinerer Krüm¬ mung der nächstfolgenden Erhebung. Hierdurch wird ein Interfe¬ renzeffekt innerhalb der Grenzschicht des den Körper umströmen¬ den Fluids erzielt. Je nach Ausrichtung der Krümmung der jewei¬ ligen Erhebungen zueinander kann der Interferenzeffekt beein¬ flußt werden. Auch die Stärke der Krümmung und insbesondere der Unterschiede der Krümmung der jeweiligen Begrenzungslinien beeinflußt diesen Effekt.

Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung können mehrere Erhebun¬ gen hintereinander in Reihe angeordnet sein und mehrere Reihen von Erhebungen können nebeneinander liegen.

In den durch die Erhebungen gebildeten Reihen können die jewei¬ ligen Begrenzungslinien mit größerer Krümmung der hintereinan¬ der liegenden Erhebungen in eine Richtung gerichtet sein.

Die Begrenzungslinie mit größerer Krümmung der hintereinander angeordneten Erhebungen kann jeweils abwechselnd in entgegenge¬ setzte Richtungen weisen. Die Höhe der Erhebungen bei nebenein-

ander angeordneten Reihen von Erhebungen kann unterschiedlich sein. Weiterhin kann die Höhe von Erhebungen von hintereinan¬ der angeordneten Erhebungen unterschiedlich sein.

Die Erhebungen können zu ihrem von der Grundfläche wegweisen¬ den Ende hin ebenfalls gekrümmt sein.

Die Oberfläche der Erhebungen, die der Grundfläche gegenüber¬ liegt, kann parallel zur Grundfläche verlaufen oder schräg zur Grundfläche angestellt sein, während die seitlichen Begren¬ zungsflächen der Erhebungen jeweils senkrecht zur Grundfläche ausgerichtet sind.

Weiterhin kann die Oberfläche erste vergleichsweise hohe Erhe¬ bungen aufweisen, die eine Grobstruktur bilden und auf dieser Grobstruktur können wiederum vergleichsweise niedrige Erhebun¬ gen ausgebildet sein, die eine Feinstruktur bilden.

Diese Oberflächen können auf die fluidumströmten Körper als Außenhaut im Nachhinein aufgebracht werden. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, daß der fluidumströmte Körper von Hause aus mit der erfindungsgemäßen Oberfläche geformt wird.

Grundsätzlich läßt sich die erfindungsgemäße Oberfläche bei allen umströmten Körpern bevorzugt anwenden. So ist insbesonde¬ re eine Verwendung bei Rotoren vorteilhaft, wobei bei diesen der Wirkungsgrad entsprechend verbessert wird. Diese Rotoren können einerseits zur Energieaufnahme aus einem strömenden Me¬ dium dienen, wie beispielsweise Windrotoren, Wasserturbinen, Dampfturbinen oder Rotoren in Gaszählern bzw. Wasserzählern. Rotoren zur Energieabgabe an ein strömendes Medium, wie Flug¬ zeugpropeller, Schiffsschrauben, Flugzeugtriebwerksrotoren, Hubschrauberrotoren, Ventilatoren, Lüfterrotoren, Staubsauger-

rotoren, Autolüfterrotoren und Rotoren in Klimaanlagen können auch die erfindungsgemäße Oberfläche aufweisen.

Während bei den Rotoren jeweils Wirkungsgradverbesserung der Rotoren erzielbar sind, kann bei Auskleidung der Oberfläche von Kanälen bzw. Schläuchen, die durchströmt werden, die durch die Durchströmung erzeugte Geräuschentwicklung vermindert wer¬ den. Derartige Kanäle können beispielsweise Wasserkanäle, Luft¬ kanäle, Schläuche, Turbinenkanäle und ähnliches sein.

Wenn man die Außenhaut von Fahrzeugen mit der erfindungsge¬ mäßen Oberfläche ausstattet, wird der Widerstandsbeiwert der umströmten Fahrzeuge vermindert. Hier kann also die Außenhaut von Schiffen, Flugzeugen, Segelflugzeugen, U-Booten, Autos, Bussen und Lkws von schnellfahrenden Zügen, wie dem ICE, Luft¬ schiffen, Ballonen, Booten und Schlauchbooten, Surfbrettern, Fahrrädern und Raketen mit der erfindungsgemäßen Oberfläche versehen werden.

Auch feststehende umströmte Körper, wie Türme, Kamine, Hoch¬ hausfassaden lassen sich mit der erfindungsgemäßen Oberfläche versehen. Hier wird die bei der Umströmung entstehende Ge¬ räuschentwicklung vermindert.

Die Flugeigenschaften von Torpedos und Projektilen lassen sich auch durch die erfindungsgemäße Oberfläche verbessern. Die ent¬ sprechenden Strömungseigenschaften von Segeln für Segelschif¬ fe, Fallschirmen Hängegleitern und Drachensegeier sind auch durch die erfindungsgemäße Oberfläche verbesserbar. Die erfin¬ dungsgemäße Oberfläche kann bei der Oberflächengestaltung von Rudern und Paddeln eingesetzt werden. Auch die Umströmung von Zelten und Planen kann durch die Oberfläche nach der Erfindung verbessert werden. Entsprechend gestaltete Ski und insbesonde-

re Flugski lassen sich hinsichtlich ihr r Gleiteigenschaften bzw. Umströmungseigenschaften ebenfalls verbessern. Schlie߬ lich kann die erfindungsgemäße Oberfläche auch vorteilhaft als Reifenprofil für Flugzeugreifen und Autoreifen eingesetzt wer¬ den.

Bevorzugte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Oberfläche werden anhand von mehreren Ausführungsbeispielen im folgenden näher erläutert. Es zeigen:

Fig. la, lb: eine Draufsicht bzw. einen Längsschnitt durch ein Rotorblatt, das eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Oberfläche aufweist,

Fig. 2a, 2b: eine Draufsicht und einen Querschnitt durch eine zweite Ausführungsform der Oberfläche,

Fig. 3a, 3b: eine Draufsicht und einen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Oberfläche nach einem drit¬ ten Ausführungsbeispiel,

Fig. 4a, 4b: einen Längsschnitt und einen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Oberfläche gemäß einer vier¬ ten Ausführungsform,

Fig. 5: einen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Oberfläche gemäß einer fünften Ausführungsform und

Fig. 6-8: Draufsichten auf weitere Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Oberfläche.

Im Ausführungsbeispiel gemäß der Fig. la und lb ist ein an sich

bekannter Art und Weise ausgebildetes Rotorblatt 10 dargestellt. Beidseitig weist diese eine Oberfläche 12 auf, die Erhebungen 14 aufweist, welche aus der Grundfläche 16 vorstehen. Die Erhebun¬ gen 14 sind in Draufsicht auf die Oberfläche jeweils von zwei Begrenzungslinien 18 und 20 umrandet. Die Begrenzungslinie 20 verläuft gerade, während die Begrenzungslinie 18 eine nach außen gewölbte Krümmung aufweist. Insgesamt umranden die Begrenzungs¬ linien 18 und 20 die Erhebung 14 derart, daß sich die Quer¬ schnittsfläche eines Tragflügels ergibt, wie aus Fig. la deut¬ lich ersichtlich. Diese Form ist für die Erhebungen 14 charakte¬ ristisch. Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. la sind die geraden Begrenzungslinien 20 senkrecht zum vorderen Begrenzungsrand 22 des Rotorblatts 10 ausgerichtet. Die Senkrechtlinie 20 kann aber auch in einem Winkel zu dem Rotorblatt angestellt sein.

Die Begrenzungslinien größerer Krümmung 18 sind jeweils zum frei¬ en Ende des Rotorblatts hin gerichtet, wie sich das ebenfalls aus der Fig. la ergibt. Die Oberfläche, wie sie in den Fig. la und lb dargestellt ist, kann nicht nur auf einem ebenen Rotor¬ blatt, wie hier dargestellt, sondern auch auf einem gewellten Rotorblatt entsprechend der DE 90 13 099 U ausgebildet sein. Wie hier exemplarisch anhand eines Rotorblatts erläuterte erfindungs¬ gemäße Oberfläche kann auch auf einem anderen umströmten Körper aufgebracht sein.

Die Fig. 2a und 2b zeigen eine weitere Ausführungsform der erfin¬ dungsgemäßen Oberfläche. Hier sind die Erhebungen 14 in Reihen 24 bzw. 26 hintereinander angeordnet. Mehrere Reihen 24 und 26 liegen auf der Oberfläche parallel nebeneinander. Die nebeneinan¬ der liegenden Reihen 24 und 26 sind so angeordnet, daß jeweils einer Begrenzungslinie 18 mit größerer Krümmung eine gerade Be¬ grenzungslinie 20 der nächstfolgenden Erhebung gegenüberliegt. Gemäß diesem Beispiel sind die Reihen 24 und 26 der Erhebungen

gegeneinander versetzt, so daß sich die Erhebungen 14 von zwei benachbarten Reihen nicht genau sondern versetzt gegenüberlie¬ gen. Der Fig. 2b ist zu entnehmen, daß die Erhebungen der Reihen 24 bzw. 26 unterschiedliche Höhe aufweisen. Die Erhebungen 14 sind zu ihrem von der Grundfläche wegweisenden Ende hin eben¬ falls gekrümmt, wie sich beispielsweise aus der Fig. 2b ergibt.

Dieser Höhenunterschied zwischen Reihen 24 und 26 ist noch deut¬ licher im Ausführungsbeispiel gemäß der Schnittdarstellungen 4a . und 4b gezeigt. Das Ausführungsbeispiel gemäß der Schnittdarstel lung nach Fig. 5 unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 4a und 4b dadurch, daß hintereinander angeordnete Erhebungen 14 der Reihe 26 verschieden hoch sind.

Gemäß der Fig. 3a und 3b ist angedeutet, daß die Oberfläche 10 erste vergleichsweise hohe Erhebungen 14' aufweist, die eine Grobstruktur bilden. Auf dieser Grobstruktur sind wiederum ver¬ gleichsweise niedrige Erhebungen 14' ' ausgebildet, die eine die Grobstruktur überlagernde Feinstruktur bilden.

In Fig. 6 ist eine Ausführungsform der Oberfläche 10 darge¬ stellt, bei der die Erhebungen 14 hintereinander derart angeord¬ net sind, daß ihre Begrenzungslinie mit größerer Krümmung 18 je¬ weils alternierend in eine jeweils entgegengesetzte Richtung aus gerichtet ist. Mehrere Reihen 28 sind nebeneinander versetzt zu¬ einander angeordnet, wie in Fig. 6 dargestellt.

In Fig. 7 sind aus den Erhebungen 14 jeweils Reihen 30 und 32 gebildet, die jeweils alternierend angeordnet sind. Die einzel nen Reihen 30 und 32 bestehen aus Erhebungen 14, die nicht unmit telbar hintereinander angeordnet sind, sondern jeweils einen Zwi schenraum zwischen sich freilassen. In diesem Zwischenraum liegt dann die nächstfolgende Reihe 32 von Erhebungen 14, wobei die

Begrenzungslinie größerer Krümmung 18 jeweils in Richtung der Lücke zwischen den Erhebungen 14 der benachbarten Reihe 30 ausge¬ richtet ist.

Die Oberfläche 10 gemäß der Ausführungsform nach Fig. 8 ent¬ spricht weitestgehend der Oberfläche nach dem Ausführungsbei- spiel gemäß Fig. 6. Sie weist allerdings den Unterschied auf, daß die nebeneinander angeordneten Reihen 28 nicht gegeneinander versetzt sind.