专利名称：皮带结构减阻器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种减小运载工具(如一般车辆、各类飞行器、船艇等)在流体(如空气、水)中运行时遇到的各种流体阻力的减阻器，特别是一种皮带结构减阻器。
目前，减小流体阻力一是通过改变运载工具的外形使之“流线型化”，二是优化运载工具的表面材料。这两种方法似乎都已达到极限，一时难以再有重大突破。
本发明的目的是改变与流体阻力有关的运载工具表面结构，为其提供一种通过减小其表面与其外围流体的相对速度来减小运载工具运行时受到流体阻力的皮带结构减阻器。
本发明的目的是这样实现的皮带结构减阻器包括滚柱1、皮带圈2、滚柱轴15、轴承32、整流罩6，其中滚柱轴15通过滚柱轴固定结24固定在运载工具的外表上，滚柱1呈圆筒状，并通过轴承32套在滚柱轴15上，滚柱轴15与固定它的运载工具的外表面部分平行，且与运载工具的轴线(前后方向)的夹角为60°-90°。运载工具表面上固定的滚柱轴至少有2根，每2根或2根以上前后方向上的滚柱侧围套上一个皮带圈2，皮带圈2外侧前后端设有可减小由设置滚柱引起运载工具外形变化的整流罩6。
本发明的减阻原理是这样的当运载工具高速前进时，流体阻力直接作用在本发明的皮带圈2上，皮带圈2就绕着滚柱1贴近运载工具的表面，在运载工具前后方向上作高速循环运转，贴近运载工具外表面向前运转的皮带圈部分简称“内侧皮带”，而在内侧皮带的外侧向后运转的皮带圈部分简称“外侧皮带”，内侧皮带向前运转至前端滚柱1后，绕过前端滚柱1向后运行，即转变成外侧皮带，同时，外侧皮带向后运转至后端滚柱1，绕过后端滚柱1向前运行转变成内侧皮带，如此循环往复，外侧皮带向后运转时，它的外表面上任意一点、任意一个面相对于其外部的流体在运载工具前后方向上的速度必然比皮带圈2未作转动时的速度小，其外表面受到的流体阻力也必相应减小。此时，阻碍运载工具前进的流体阻力直接作用在外侧皮带的外表面上，运载工具受到的流体阻力就是外侧皮带的外表面受到的流体阻力。因此，运载工具受到的流体阻力将随外侧皮带的外表面受到的流体阻力减小而减小。皮带圈运转速度越高，减阻效果越好。
本发明还包括三项与之组合的技术即(一).用于减小阻碍皮带圈2运转的流体摩擦阻力[即皮带圈2运转时受到的运载工具与外侧皮带间流体对它的摩擦阻力，这里有必要说明一下外侧皮带与运载工具间的流体、皮带圈2、运载工具，三者之间的相互作用表现为运载工具整体(即运载工具与皮带结构减阻器的结合体)内部的相互作用，对运载工具整体而言，合力为零]的四种技术方案(1).“填充小密度流体”方案，在皮带圈2的外侧皮带、内侧皮带、运载工具之间各设置一个导气管16，导气管16的一端与设置在运载工具上能够连续提供密度、粘性系数比外侧皮带外部流体小的气体的气源相通，气源是空气压缩机或是液化气罐，设置在内外侧皮带间的导气管16是通过皮带圈2的边缘缺口伸入到内外侧皮带间的，导气管16将气源中气体充斥在外侧皮带与运载工具之间；(2)“对贴内侧皮带”方案，在贴近运载工具首尾端的滚柱1的前侧，各设置一个滚柱1’，在贴近运载工具右侧滚柱1的两侧，分别设置滚柱1’、1”，运载工具左右侧皮带圈2、2’的外侧皮带绕到运载工具尾端滚柱1、1’之间，对贴在一起成为“对贴内侧皮带17”沿运载工具右侧向前运行，对贴内侧皮带17向前运行时从滚柱1与1”之间、1与1’之间穿过，运转过运载工具前端滚柱1与1’的后分开，成为外侧皮带，分别沿其原来的运转路线向后运转，如此循环往复，皮带圈2、2’与阻碍它运转的流体的直接接触面积减少1/3；(3).“悬空内侧皮带”方案，船舷水下皮带结构减阻器的前后端滚柱分别为锥形滚柱18、19，在水面以上的船舷上分别设置与水面下锥形滚柱18、19相对应的锥形滚柱21、20，船舷水下皮带结构减阻器的皮带圈2的外侧皮带22，从锥形滚柱18到锥形滚柱19，绕过锥形滚柱19后方向向上伸出水面到锥形滚柱20，绕过锥形滚柱20后成为内侧皮带23，内侧皮带23贴近船舷向前运转到锥形滚柱21，绕过锥形滚柱21后方向向下伸入水中到锥形滚柱18，绕过锥形滚柱18后成为外侧皮带22，贴近船舷向后运转，如此循环往复，水中皮带圈2的内侧皮带23运转时被提升、转移到水面上空气中，阻碍皮带圈2运转的流体摩擦阻力减少近2/3；(4).“空气隔离”方案，采用“悬空内侧皮带”方案的船舷水下皮带结构减阻器的皮带圈2，在伸入到其外侧皮带23(上部稍向船舷倾斜)的内表面下边缘下侧的船体部分29上设置一行能连续排出空气的排气缝25，排气缝25通过排气管26与设置在船体8上能够连续提供气体的气源相通，气源是空气压缩机或是液化气罐，从排气缝25连续排出的气体在水的浮力作用下，贴紧外侧皮带22的内表面向上运动，在水与外侧皮带22的内表面之间形成一层气体隔离膜。以上四种方案可以在船体的皮带结构减阻器上相互组合使用，方案(1)、(2)也可以在空气中运行的运载工具的皮带结构减阻器上结合使用；(二).减少由皮带圈2与滚柱之间的流体引起的“楔力”(皮带圈2绕滚柱1高速运转时，由于流体的粘性作用，使得皮带圈2内侧的部分流体随皮带流动，这部分流体流向高速转动的滚柱1与皮带圈2之间时，会在皮带圈2与滚柱1之间产生一个“楔力”，不利于皮带圈2运转)方案，即滚柱1的侧围制成类似轮胎踏面外形30的形状，刻上引导流体的导流槽31；(三).减小滚动阻力的“磁场”方案，在滚柱1、滚柱轴15、整流罩6相互接近的各部分，设置减小滚柱1对轴承32压力的强磁体。
本发明具有的显著效果是减小运载工具运行时受到的各种流体阻力，具体而言是1.可以使运载工具首尾受到的粘性压差阻力减小为原来的(即未装本发明时)的5％-10％，可以使运载工具躯干受到的摩擦阻力减小为原来的2-40％；2.可以在不减小运载工具迎风面面积的情况下减小或消除部分激波阻力；3.结构简单，适用于在流体中运行的一切运载工具；4.不改变运载工具的外形，也适用于对现有运载工具的改造和改进；5.对减小运载工具运行时受到的流体阻力的机理是一大突破。
下面结合实施例附图进一步详细介绍本发明的具体结构
图1为用于高速列车的左右两侧皮带结构减阻器的动态结构示意图；图2为图1中的车体、滚柱结构示意图；图3为船底皮带结构减阻器采用了“填充小密度流体”方案的船体纵截面示意图；图4为图3中的船体沿A——A剖面结构示意图；图5为采用“对贴内侧皮带”方案的高速列车左右侧皮带结构减阻器动态俯视结构示意图；图6为在船体迎水面船舷左侧采用“悬空内侧皮带”方案的皮带结构减阻器的动态结构示意图；图7为在船体迎水面船舷左侧采用“悬空内侧皮带”的皮带结构减阻器的皮带绕向示意图；图8为在图6中外侧皮带内表面下边缘下侧的船体表面设置排气缝的示意图；图9为滚柱表面结构示意图(为便于绘图，除特殊说明外，在其它图中滚柱都绘制成圆柱形)；图10为在滚柱1设置磁场的运载工具的俯视结构示意图；图11为图10中沿水平方向平切运载工具后，运载工具左侧皮带结构减阻器的前端滚柱结构俯视图；图12为图11中沿B——B的滚柱剖视图。
图中1.滚柱 2.皮带圈 3.车首 4.车身 5.车尾 6.整流罩 7.高速列车(运载工具) 8.船体(运载工具) 9.船底前侧裙板 10.船底后侧裙板 11.水面＝＝.空气 12.切面(剖面) 13.船底左右侧裙板14.皮带圈偏折部分 15.滚柱轴 16.导气管 17.对贴内侧皮带 18.锥形滚柱 19.锥形滚柱 20.锥形滚柱 21.锥形滚柱 22.外侧皮带(在图7中表示外侧皮带绕向) 23.内侧皮带(在图7中表示内侧皮带绕向)24.滚柱轴固定结 25.排气缝 26.排气管 27.气体运动轨迹 28.皮带绕向 29.伸到外侧皮带22下侧的船体部分 30.类似轮胎踏面的外形 31.导流槽 V.运载工具速度 α、β.车首尾皮带与高速列车轴线的夹角 V1.车首皮带运行速度 V2.车身皮带运行速度 V3.车尾皮带运行速度S1.参考面(任意) P1.参考点(任意) S.磁体南极N.磁体北极 32.轴承 锯齿状曲线为断面线表示物体继续延伸实施例1如图1、2所示，在高速列车车体7上设置一系列与车体外表面平行的圆筒状钢质空心滚柱1，滚柱1通过轴承32套在滚柱轴15上，其轴线与运载工具前后方向的夹角为60°-90°，滚柱轴15固定在设置在车体7上的一系列滚柱轴固定结24上，滚柱1可以绕滚柱轴15转动，在两个或几个前后方向上的滚柱1圆柱形侧围套上一个皮带圈2，在每个皮带圈2的内侧的前端滚柱前侧和后端滚柱的后侧都设置有可减小由滚柱1而引起的车体外形变化的整流罩6，皮带圈2用涂有聚氨脂的薄钢片或钢丝与有机物(如聚氨脂)混合成的织物等具有抗拉性能好、伸缩弹性小，可任意弯转绕组的材料制成当高速列车以高速V向前运行时，皮带圈2将在其外侧皮带的外表面受到的空气阻力作用下，绕滚柱1加速转动。设在其转速达到某一速度不再增加时，车首3、车身4、车尾5两侧的皮带圈的转速分别为V1、V2、V3，车首皮带圈与车体轴线的夹角为α，车尾皮带圈与车体其轴线方向的夹角为β，则空气对车首3压力(除前端滚柱的迎风面)为原来(来装有本发明时，以下均是)的(V-V1cosαV)2]]>摩擦阻力为原来的
(以紊流计算，以下均是)空气对车身4的摩擦阻力为原来的
空气对车尾5的摩擦阻力为原来的
涡流阻力为原来的
如果α、β小于45°，由于皮带受到的摩擦阻力远小于涡流吸力，会使得皮带转运趋于平衡时，V3则与V相差不多，涡流阻力变得很小，车首迎风面也与此类似。
实施例2本实施例为在外侧皮带与运载工具之间设置能连续排出密度、粘性系数较小的流体的导气管16的船底皮带结构减阻器，参照图3、图4，皮带减阻器处于由船底前侧裙板9、船底后侧裙板10、船底左右裙板13及船底合围成一个倒扣的“气腔”中，滚柱轴15固定在船底的左右侧裙板13上，船上设置有空气压缩机，导气管16一端与空气压缩机相通，另一端通向“气腔”，并将压缩空气不断输入“气腔”中。“气腔”中充满了密度和粘性系数远比水小的空气，皮带减阻器的皮带圈2带有向滚柱轴15所在平面斜收的偏折部分14，空气与外侧皮带(由船首向船尾运转的皮带圈部分)的内表面、内侧皮带直接接触。
实施例3本实施例是在实施例1的基础上作如下变动，如图5所示，在高速列车车体下的两侧外表面上设置一系列单根滚柱1，在车首3前端和车尾5后端的滚柱1外侧增设一根滚柱1’，在车体7的右侧的每根滚柱1的两边各增设一根1’和1”(下称滚柱组)；滚柱1和滚柱组侧围套两根皮带圈2和2’，皮带圈2、2’从车首3前端的两根滚柱1和1’中间套起，其中皮带圈2绕过车首前端滚柱1后沿着车体7左侧面上的一系列单根滚柱1的外侧绕至车尾，皮带圈2’绕过车首前端滚柱1’后沿着车体7右侧面上的滚柱1的外侧绕至车尾与皮带圈2汇合，同时穿过车尾5后端滚柱1和1’中间并互相紧紧对贴在一起成为对贴内侧皮带17并沿着车体7的右侧面向前绕，在绕至滚柱组时，对贴在一起的皮带圈2和2’在滚柱1与滚柱(1’和1”)的中间穿过并绕至车首3前端，然后再从滚柱1和1’的中间绕出即套好了。这样一来即可使内侧皮带(绕过车尾后端滚柱向车首方向运行的皮带圈部分)与流体的直接接触面积减小三分之一，阻碍皮带圈2、2’运转的流体摩擦阻力减小1/3。
实施例4本实施例是采用“悬空内侧皮带”来减小水阻碍皮带圈运行的阻力，如图6和图7所示，将船舷迎风面的水中皮带结构减阻器前后两端的锥形滚柱18、19的锥底向上呈倒“八”字设置，其轴线成90°左右夹角，在水面以上的船舷上分别设置一个与锥形滚柱18、19相互对应的锥形滚柱21和20，且锥形滚柱21和20的锥底向下呈“八”字形，当水中外侧皮带22从锥形滚柱18出发向后运转到锥形滚柱19，绕过锥形滚柱19运转方向改为向上，再运转到水面上相应的锥形滚柱20，绕过锥形滚柱20后，运转方向改为向前，外侧皮带22转变成内侧皮带23，直到前端水面上锥形滚柱21，内侧皮带23绕过锥形滚柱21后方向向下运转到锥形滚柱18处而完成一个循环，如此循环往复。这样内侧皮带23受到的流体摩擦阻力不再是水对皮带的摩擦阻力，而是空气对皮带的摩擦阻力，即可将阻碍皮带圈2运转的摩擦阻力减小近三分之二。
实施例5本实施例是采用“空气隔离”方案设置排气缝，形成气体隔离膜。如图8所示，在伸到外侧皮带(其上部稍向船体倾斜)内表面下边缘下侧的船体部分29上设置一行排气缝25，排气缝25通过排气管26与设置在水面上船体的空气压缩机相通，压缩空气通过排气管26压向排气缝25并排出，该气体在水的浮力作用下沿外侧皮带22的内表面向上运动，在水与外侧皮带22的内表面之间形成一层气体隔离膜，使外侧皮带22内表面与空气直接作用，从而使其所受流体摩擦力大大减小，提高皮带运转速度，减小船首迎水面受到的阻力实施例6本实施例是减小皮带圈与滚柱间流体的“楔力”的方案。参照图9所示，滚柱1的侧面呈类似轮胎踏面30的外形，其上设有可以引流的“人”字形导流槽31。
实施例7如图10、11、12所示，在滚柱轴15及滚柱1、整流罩6之间设置强磁体，利用强磁体相互的磁场力来削弱滚柱1与轴承32间的弹力从而减少滚动阻力。前端滚柱1侧围外表为N极、内表面为S极、滚柱轴15靠近滚柱1的磁体部分前半面为S极、后半面为N极，整流罩靠近滚柱1前面的磁极为S极，后面为N极。这样磁场力总是减小滚柱与轴承的弹力，进而减小滚动阻力。后端滚柱1、整流罩6、轴承32间磁体磁性的设置是以减少轴承32与滚柱1间弹力为原则。
权利要求
1.一种用于各类运载工具上的新型皮带结构减阻器，其特征在于在运载工具表面固定一系列轴线平行于运载工具外表面的滚柱轴(15)、滚柱(1)通过轴承(32)套在滚柱轴(15)上并能绕其转动，在每2个(或2个以上)前后方向上滚柱(1)的侧围套上皮带圈(2)，皮带圈(2)贴近运载工具外表面绕其内侧前后端的滚柱(1)在运载工具的前后方向上循环运转；相邻两个皮带圈(2)的前端和后端尽量接近，并在其外侧设置能减小因设置滚柱(1)引起运载工具外形变化的整流罩(6)。
2.根据权利要求1所述的皮带结构减阻器，其特征在于在皮带圈(2)的外侧皮带与内侧皮带、运载工具之间各设置一个导气管(16)，导气管(16)的一端与设置在运载工具上能够连续提供密度、粘性系数比外侧皮带外部流体小的气体的气源相通，设置在内外侧皮带间的导气管(16)是通过皮带圈(2)的边缘缺口伸入到内外侧皮带间的，导气管(16)将气源中气体充斥在外侧皮带与运载工具之间。
3.根据权利要求2所述的皮带结构减阻器，其特征在于该减阻器设置在由船底、船底前侧裙板(9)、船底后侧裙板(10)、船底左右侧板(13)合围成的一个倒扣的“气腔”中，在其皮带圈(2)的外侧皮带与内侧皮带之间，内侧皮带与船底之间各设置一个导气管(16)，导气管(16)的一端与设置在船体(8)上能够连续提供气体的气源相通，导气管(16)的另一端与气腔相通。
4.根据权利要求2所述的皮带结构减阻器，其特征在于与导气管(16)相通并能提供气体的气源是气体压缩机或液化气罐、或气体发生装置。
5.根据权利要求1所述的皮带结构减阻器，其特征在于高速列车(运载工具)车体(7)的两侧外表面上设置一系列单根滚柱(1)，在车首(3)前端滚柱(1)的前侧和车尾(5)后端滚柱(1)后侧各设置一根滚柱(1’)，在车身(4)右侧滚柱(1)两侧再各增设一根滚柱(1’和1”，下称滚柱组)；滚柱上围套两根皮带圈(2和2’)，皮带图(2、2’)从车首(3)前端的两根滚柱(1和1’)中间套起，皮带圈(2)绕过车首前端滚柱1后沿着车体(7)左侧面上一系列单根滚柱(1)的外侧绕向车尾，皮带圈(2’)绕过车首前端滚柱(1’)后沿着车体(7)右侧面上滚柱(1)的外侧绕至车尾与皮带圈(2)汇合，同时穿过车尾后端滚柱(1.1’)之间并互相紧紧对贴在一起(被称为对贴内贴皮带17)沿着车体(7)的右侧面向前绕，在绕至滚柱组时，对贴内侧皮带(17)从滚柱1与滚柱(1和1”)的中间穿过，直至车首3前端，再从滚柱(1和1’)的中间绕出。
6.根据权利要求1所述的皮带结构减阻器，其特征在于滚柱(1)呈圆锥形状；船舷水下前后两端的锥形滚柱(18)、(19)设置在船舷下部，呈锥底向上的倒“八”字形，锥形滚柱(21)、(20)分别与锥形滚柱(18)、(19)互相对应，锥底向下呈“八”字形，设置在吃水线上侧的船舷上；皮带圈(2)的外侧皮带(22)从锥形滚柱(18)开始，沿船舷向后绕到后端锥形滚柱(19)，绕过锥形滚柱(19)方向向上，伸出水面锥形滚柱(20)，绕过锥形滚柱(20)后，方向向前成为内侧皮带(23)，内侧皮带(23)绕过锥形滚柱(21)方向向下，伸入水中绕到锥形滚柱(18)。
7.根据权利要求6所述的皮带结构减阻器，其特征在于外侧皮带(22)上部稍向船舷倾斜，在伸入到外侧皮带(22)内表面下边缘下侧的船体部分(29)上设置一行排气缝(25)，导气管(26)将排气缝(25)与空气压缩机连通，压缩空气从排气缝(25)排出，并在水与外侧皮带(22)的内表面之间形成一层使外侧皮带(22)内表面与水隔离的气体隔离膜。
8.根据权利要求1或2所述的减阻器，其特征在于滚柱(1)侧围呈类似轮胎踏面形状(30)，滚柱(1)的侧围表面上刻有花纹状导流槽(31)。
9.根据权利要求1所述皮带结构减阻器，其特征在于滚柱轴(15)及滚柱(1)、整流罩(6)之间相互接近部分设置能够减小滚柱(1)对轴承(32)压力的强磁体。
全文摘要
皮带结构减阻器涉及一种能减小运载工具受到的流体阻力的减阻器,在运载工具的外表固定一系列可以转动的滚柱1,在前后方向上的两个滚柱1的侧围套上皮带圈2,当运载工具7高速前进时,皮带圈2在其外侧皮带受到流体阻力的作用下绕滚柱1高速运转,外侧皮带相对其外部流体的速度变小,进而使运载工具7受到的流体阻减小。本发明结构简单,减阻幅度大,适用于一切流体中高速运行的运载工具。
文档编号B60R99/00GK1188722SQ9710793
公开日1998年7月29日 申请日期1997年1月24日 优先权日1997年1月24日
发明者姜大华 申请人:姜大华