边界层控制系统的制作方法
边界层控制系统的制作方法
【专利摘要】一种边界层控制系统（1），包括：边界层分离部（11），所述边界层分离部（11）将在移动物体的本体（2）的下面（3a）处的气流的边界层与气流的主流分离；以及喷出部（12），所述喷出部（12）在已经被所述边界层分离部（11）分离的所述边界层和所述主流之间喷出处于与所述边界层和所述主流的状态不同的状态中的流体。所述边界层控制系统（1）的特征在于，边界层和主流被处于与边界层和主流的状态不同的状态中的流体可靠地分离，从而被边界层减速（即，速度减小）的主流的百分比减小。
【专利说明】边界层控制系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及边界层控制系统。
【背景技术】
[0002]存在通过增加负升力(B卩，下压力)来增加车身稳定性的技术。已知的是，通过增加在车身下方流动的空气的速度来增加该下压力。然而，由于在车辆的表面附近形成的称为边界层的低速度层，在车身下方流动的空气的速度降低，并且因此下压力降低。因此，利用在PCT申请N0.2009-504472 (JP-A-2009-504472)的已公开的日文翻译中描述的边界层吸入系统，通过在地板表面附近的边界层中进行吸入而确保了下压力。
[0003]然而，利用在JP-A-2009-504472中描述的边界层吸入系统，气流的边界层不能可靠地与在车身的表面处的气流的主流分离，从而边界层和主流可能最终重新结合。如果边界层和主流重新结合，则主流的速度将由于边界层而降低，从而下压力将降低，这可能影响车身的稳定性。
【发明内容】
[0004]因此，鉴于前面的问题，本发明提供一种能够抑制在移动物体的本体表面处的气流的主流的速度降低的边界层控制系统。
[0005]示例性实施例的第一方面涉及一种边界层控制系统，该边界层控制系统包括:边界层分离部，该边界层分离部将在移动物体的本体的表面处的气流的边界层与气流的主流分离；和喷出部，该喷出部在已经被边界层分离部分离的边界层和主流之间喷出处于与边界层和主流的状态不同的状态中的流体。
[0006]在这个边界层控制系统中，能够通过在移动物体的本体的表面处的气流的主流和边界层之间，利用处于与边界层和主流的状态不同的状态中的流体形成一种层来抑制主流重新结合到边界层(还被称作转换成边界层或者与边界层混合)。结果，在移动物体的本体的表面处主流的速度的降低能够受到抑制，从而来自气流的阻力能够减小。例如，能够在车辆的下面的表面处抑制下压力的降低。
[0007]而且，喷出部可以在边界层和主流之间喷出与边界层和主流相比流体速度、流体压力和流体温度中的至少一项不同的流体。在该情形中，利用与在本体的表面处的气流的主流和边界层相比流体速度、流体压力和流体温度中的至少一项不同的流体，在本体的表面处的气流的主流和边界层能够相互分离，并且能够抑制主流重新结合到边界流。
[0008]而且，该边界层控制系统还可以包括吸入部，该吸入部在移动物体的纵向方向上设置在边界层分离部的后方，并且该吸入部吸入在边界层中包括的流体。而且，喷出部可以在边界层和主流之间喷出由吸入部吸入的流体。在该情形中，能够循环在本体的表面处的气流的边界层中包括的流体，从而不再有必要排出所吸入的流体。
[0009]而且，该边界层控制系统还可以包括控制部，该控制部控制由吸入部吸入的流体的状态并且将得到的流体供给到喷出部。而且，该控制部可以基于边界层的状态来压缩由吸入部吸入的流体。此外，该控制部可以基于边界层的状态来加热由吸入部吸入的流体。而且，该控制部可以基于边界层的状态来控制喷出部以改变喷出流体的方向。在该情形中，能够通过根据在本体的表面处的气流的边界层的状态控制流体的状态而更进一步地抑制在本体的表面处的气流的主流和边界层重新结合到彼此。
[0010]而且，边界层分离部可以是板部件，该板部件距本体的表面一定距离地与本体的表面平行设置。在该情形中，在本体的表面处的气流的主流和边界层能够被设置在本体的表面上的板部件以机械方式分离。
[0011]而且，喷出部可以被设置在边界层分离部的后端上。在本体的表面处的气流的主流和边界层被边界层分离部分离，从而在边界层分离部的后端部上设置喷出部使得能够在本体的表面处的气流的主流和边界层之间可靠地喷出流体。
[0012]因此，根据本发明这个方面的边界层控制系统能够抑制在移动物体的本体表面处的气流的主流的速度降低。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]将在下面参考附图描述本发明的示例性实施例的特征、优点以及技术和工业意义，其中相同的附图标记表示相同的元件，并且其中:
[0014]图1是概略地示出根据本发明示例性实施例的边界层控制系统的框图；
[0015]图2是示意在图1中的本体的下方的气流的视图；并且
[0016]图3是示意在对照实例中的本体的下方的气流的视图。
【具体实施方式】
[0017]现在将参考附图详细地描述根据本发明的示例性实施例的边界层控制系统。在【专利附图】
【附图说明】中，类似的或者对应的部分将由相同的附图标记表示，并且将省略重复的说明。
[0018]图1是根据本发明一个示例性实施例的边界层控制系统的框图。该边界层控制系统是用于将由于移动物体的移动而在移动物体周围产生的气流分离成主流和边界层的、被安装到移动物体的系统，该主流具有均匀的流体速度，而该边界层在移动物体的表面附近形成并且具有与主流相比较低的流体速度。如在图1中所示，边界层控制系统I例如被与车辆的本体2的下面3a (即，表面)相对地设置，并且包括边界层分离部11和喷出部12。在以下说明中，关于边界层控制系统I的上、下、前、后、左和右参考当本体2侧在上面、道路表面R在下面、在向前方向FW上的一侧朝前，并且与向前方向FW相对的一侧朝后时的方向。
[0019]边界层分离部11具有用于将在移动物体周围产生的气流分离成边界层和主流的结构。更加具体地，边界层分离部11设有与下面3a平行布置的边界层分离板11a，和例如用于将边界层分离板Ila附接到下面3a的一对支撑部件lib。边界层分离板Ila是在下面3a的左右方向上延伸的中空板部件，并且边界层分离板Ila距下面3a预定距离地设置，从而被定位在下面3a处的气流的主流和边界层之间的边界附近。在下文中，气流的主流和边界层还可以简单地分别地被称作“主流”和“边界层”。支撑部件Ilb是将边界层分离板Ila的在左右方向上的两个端部连接到下面3a的管状部件。这里，“与下面3a平行”包括以如下程度基本与下面3a平行，即边界层分离板Ila能够将边界层与主流以机械方式分离并且几乎不存在由在移动物体的周围产生的气流引起的阻力的程度。[0020]喷出部12在已经被边界层分离部11分离的边界层和主流之间喷出处于与边界层和主流的状态不同的状态中的流体。从喷出部12喷出的流体的例如当喷出流体时的流体速度、流体温度和流体压力中的至少一项与边界层和主流不同。而且，喷出部12例如被设置在边界层分离板Ila的后端上。在该情形中，喷出部12具有在边界层分离板Ila的后端中在左右方向上设置的多个缝12a，并且从该多个缝12a喷出流体。由这个喷出部12喷出的流体具有与边界层和主流的状态不同的状态，从而利用这个流体在边界层和主层之间形成流体层。
[0021]从喷出部12喷出的流体优选地具有比在移动物体周围产生的气流的主流和边界层更高的能量。当以该方式在边界层和主流之间喷出具有比主流和边界层更高的能量的流体时，因此形成了具有高能量的流体层。该流体层用作空气帘，其抑制了主流重新结合到边界层。这里，该能量可以是动能(速度)，或者源于温度或者压力等的内部能量。这种内部能量在某个阶段被转换成动能，从而具有比边界层和主流的内部能量高的内部能量的流体类似于具有比边界层和主流的动能高的动能的流体地发挥功能。
[0022]边界层控制系统I还可以包括吸入部13、流路部14和控制部15。
[0023]吸入部13在边界层分离部11的后方(即，其后部)设置在下面3a上，并且吸入在边界层中包括的流体。该吸入部13优选被设置在如下位置中，在该位置处，由喷出部12喷出的流体的状态被边界层和主流改变，并且抑制主流重新结合到边界层的作用力开始降低。而且，吸入部13在下面3a的左右方向上延伸并且具有多个吸入孔13a。吸入部13经由该多个吸入孔13a将下面3a附近的流体吸入到本体2中。流路部14是将已经由吸入部13吸入的流体向外引导到控制部15的路径，并且流路部14例如由管道形成。
[0024]控制部15基于边界层的状态控制由流路部14引出的流体的状态。控制部15例如具有压缩机风扇和加热器等。而且，控制部15例如根据下面3a附近的边界层的状态压缩由流路部14引出的流体，使得该流体具有比下面3a的附近的主流和边界层的流体压力更高的压力。而且，控制部15例如根据下面3a的附近的边界层的状态加热由流路部14引出的流体，使得该流体具有比下面3a的附近的主流和边界层的流体温度更高的温度。
[0025]而且，控制部15经由设置在下面3a上的所述一对支撑部件Ilb将受控流体供给到边界层分离板11a，并且利用设置在边界层分离板Ila的后端上的喷出部12喷出该流体(即，受控流体)。下面3a附近的主流和边界层的各种状态，诸如流体速度、流体温度和流体压力等由传感器等检测，或者基于移动物体的移动速度等进行估计。
[0026]利用以该方式构造的边界层控制系统1，当车辆在向前方向FW上移动时，处于主流和边界层以连续方式连接的状态中的气流因此从前方流入边界层分离部11中。该气流然后被边界层分离部11以机械方式分离成主流和边界层，并且经分离的主流和边界层每一个均在边界层分离部11后方流出。接着，利用设置在边界层分离部11的后端上的喷出部12在分离边界层和主流之间喷出处于与边界层和主流的状态不同的状态中的流体。
[0027]而且，在经分离的边界层中包括的流体被朝向下面3a的后方设置的吸入部13吸入，并且经由流路部14向外引导到控制部15。继续地，已经向外引导到控制部15的流体在控制部15中受到控制，例如加压并且加热，并且经由所述一对支撑部件Ilb被供给到边界层分离板11a。然后被供给到边界层分离板Ila的流体从喷出部12的缝12a被喷出。如上所述，利用边界层控制系统I，在边界层中包括的流体被循环和使用。[0028]接着，将参考图2和图3描述边界层控制系统I的操作和效果。图2是示意在设有边界层控制系统I的车辆的本体2的下面3a的下方的气流的视图。图3是示意在未设置边界层控制系统I的车辆本体的下面的下方的气流的视图。在图2和图3中，水平轴线表示在车辆的纵向方向上的位置，其中O是下面的前端的位置。而且，竖直轴线表示在竖直方向上距下面的距离，其中O是下面的高度。
[0029]如在图3中所示，对于相关车辆，在车辆的下面的下方的气流中，在下面附近形成的边界层和在距下面特定或者更大距离的位置中形成的主流被以连续的方式连接。该边界层由于粘性而被车辆拖曳，使得边界层的速度是低的。更加远离下面地，粘性对于边界层的影响是低的，从而边界层的速度增加。在另一方面，主流几乎不受粘性影响，从而主流的速度基本与车辆速度相同。然而，对于相关车辆，边界层和主流未被可靠地分离，从而朝后更远地，主流趋向于结合到边界层，从而使得主流的速度由于边界层而降低。如果以该方式主流的速度由于边界层而降低，则下压力减小，从而车身的稳定性可能丧失。
[0030]而且，对于相关车辆，主流和边界层被以连续的方式连接，从而不能仅仅通过在边界层中进行吸入而可靠地分离边界层和主流，并且因此，主流受到粘性影响。而且，气流存在重新结合的趋势，从而主流重新结合到本体(即，下面)。因此，为了充分地在边界层中吸入，宽的(即，覆盖大的区域)或者长的(即，延伸长的距离)吸入部是有必要的。
[0031]在另一方面，如在图2中所示，类似于相关技术的车辆，对于设有边界层控制系统I的车辆，在本体2的下面3a的下方的气流中，从下面3a的前端到位置Pl，在下面3a附近形成的边界层被以连续的方式连接到在距下面3a特定或者更大的距离的位置中形成的主流。然而，利用边界层控制系统1，边界层分离部11在纵向方向上从位置Pl到位置P2地设置于在竖直方向上距下面3a距离Dl的位置中。因此，在下面3a的下方的气流被该边界层分离部11以机械方式分离成在下面3a侧上的边界层和在道路表面R侧上的主流。
[0032]而且，在纵向方向上的位置P2处，在已经由边界层分离部11分离的边界层和主流之间，喷出部12喷出处于与边界层和主流的状态不同的状态中的流体。该喷出的流体在位置P2的后方形成流体层，并且该流体层用作空气帘。即，通过在边界层和主流之间喷出处于与边界层和主流的状态不同的状态中的流体，能够抑制主流重新结合到边界层。结果，在下面3a处，主流的速度的降低能够被抑制，从而主流的速度被维持为与车辆速度基本相同的速度直至下面3a的后端。
[0033]进而，边界层控制系统I包括吸入部13，该吸入部13在纵向方向上从位置P3到位置P4地在左右方向上延伸。位置P3是由喷出部12喷出的流体的状态被边界层和主流等改变并且抑制主流重新结合到边界层的作用力开始降低位置。在位置P3的后方的边界层中包括的流体被该吸入部13吸入。因此，在位置P3的后方，能够抑制主流的速度由于边界层而降低。即，边界层控制系统I首先利用边界层分离部11将边界层与主层以机械方式分离，并且然后在这之后，利用喷出的流体的空气帘保持主流与边界层分离，并且进而在这之后，通过利用吸入部13在边界层中进行吸入而抑制主流结合到边界层，并且因此抑制减速(即，速度降低)。
[0034]以该方式，边界层控制系统I在从下面3a的前端到后端的宽阔的区域之上延伸，并且将主流与边界层分离，因此减小被边界层拖曳并且因此减速(即，速度减小)的主流的百分比。结果，在下面3a的下方，下压力的降低能够受到抑制，从而车身的稳定性能够得以提高。例如，崎岖不平的道路表面R引起的车辆振动和在突然转向期间的波动等能够减轻。
[0035]而且，对于相关车辆，由于文丘里效应，在下面的下方的气流的压力减小。因此，为了吸入在边界层中包括的流体，在下面的下方的气流的压力应该减小，使得该压力甚至低于流体的压力，从而需要大的驱动力。作为对照，在设有边界层控制系统I的车辆中，已经与高速主流分离的边界层的流速进一步减小，从而边界层的压力恢复(即，负压力减弱)。因此，能够减小吸入在边界层中包括的流体所需要的驱动力。
[0036]而且，利用边界层控制系统1，由吸入部13吸入的流体被用作由喷出部12喷出的流体，从而用于排出由吸入部13吸入的流体的导管不再是必要的。
[0037]而且，边界层控制系统I能够使用控制部15控制从喷出部12喷出的流体的状态。例如，控制部15还可以从喷出部12喷出具有比边界层和主流的流速高的速度的流体。在该情形中，具有比边界层和主流的流速高的速度的流体在边界层和主流之间形成流体层。该流体层能够划分主流试图重新结合到边界层的流动，并且因此能够使主流与边界层分离。
[0038]而且，控制部15可以使用压缩机风扇压缩流体，并且将具有比边界层和主流的压力高的压力的流体供给到喷出部12。在该情形中，压缩流体能够增加流体的流速。而且，与边界层和主流相比具有更高的压力和更快的流速的流体在边界层和主流之间形成流体层。该流体层具有比边界层和主流更高的压力，从而形成在从流体层朝向边界层和主流的方向上的流动。因此，边界层能够与主流分离。
[0039]而且，控制部15可以利用加热器加热流体并且将与边界层和主流相比具有更到的温度的流体供给到喷出部12。通常，高温流体形成上层，并且低温流体形成下层。相应地，已经通过加热等加热的流体形成在下面3a附近的层，并且主流形成在道路表面R侧上的层。因此，利用来自高温流体的流体层，主流能够与边界层或者下面3a分离。此外，加热的流体在下面3a附近汇集，并且因此被吸入部13吸入并且被再次使用。在该情形中，已经被加热的流体被加热器再次加热，从而与当加热处于正常温度的流体时相比较，能够减少获得具有比边界层和主流的流体温度高的温度的流体所需要的电力。
[0040]根据本发明的边界层控制系统不限于上述示例性实施例。例如，边界层控制系统I不限于被安装在车辆上，而是可以安装在各种移动物体中的任意移动物体诸如航空器等中。而且，边界层控制系统I不限于被设置在移动物体的本体的下面上，而是可以被设置在移动物体的本体的表面上。在移动物体的本体表面处的气流的边界层处，粘性引起的剪切力弓I起针对移动物体的气流阻力，使得移动物体减速。因此，在移动物体的本体表面处将气流分离成边界层和主流使得主流的速度的降低能够受到抑制，因此能够降低来自气流的阻力。结果，燃料效率等能够得以提高。
[0041]而且，喷出部12还可以在已经被边界层分离部11分离的下面3a和主流之间喷出处于不同的状态中的空气流。可替代地，喷出部12可以在边界层控制系统I安装到的本体和已经被边界层分离部11分离的主流之间喷出处于不同的状态中的空气流。在该情形中，能够抑制已经被边界层分离部11分离的主流重新结合到本体(即，下面)，从而受到本体拖曳并且因此减速(即，速度减小)的主流的百分比能够降低。
[0042]此外，控制部15可以根据边界层的状态控制喷出部12以改变喷出流体的方向。更加具体地，当移动物体的移动速度是低的时，控制部15可以控制喷出部12朝向本体2侧(即，边界层)喷出流体，并且随着移动速度增加，控制部15可以控制喷出部12喷出流体使得该流体逐渐地与本体2的表面平行。例如，喷出部12可以由树脂制成，并且可以通过使喷出部12弹性变形来控制喷出流体的方向。根据该结构，当移动物体的移动速度是低的时，喷出的流体的速度是足够大的，从而能够通过直接在边界层处喷出流体而增加边界层的速度。在另一方面，当移动物体的移动速度是高的时，能够通过与移动物体的本体的表面平行地喷出流体而将气流分离成边界层和主流。而且，控制部15可以例如执行仅一个流体控制，诸如加压、加热或者改变喷出方向，或者可以相组合地执行多个控制。
【权利要求】
1.一种边界层控制系统，包括: 边界层分离部，所述边界层分离部将在移动物体的本体的表面处的气流的边界层与所述气流的主流分离；以及 喷出部，所述喷出部在已经被所述边界层分离部分离的所述边界层和所述主流之间喷出处于与所述边界层和所述主流的状态不同的状态中的流体。
2.根据权利要求1所述的边界层控制系统，其中，所述喷出部在所述边界层和所述主流之间喷出与所述边界层和所述主流相比流体速度、流体压力和流体温度中的至少一项不同的流体。
3.根据权利要求1或2所述的边界层控制系统，进一步包括吸入部，所述吸入部在所述移动物体的纵向方向上设置在所述边界层分离部的后方，并且所述吸入部吸入在所述边界层中包括的流体，其中，所述喷出部在所述边界层和所述主流之间喷出由所述吸入部吸入的所述流体。
4.根据权利要求1到3中的任一项所述的边界层控制系统，进一步包括控制部，所述控制部控制由所述吸入部吸入的所述流体的状态并且将得到的流体供给到所述喷出部。
5.根据权利要求4所述的边界层控制系统，其中，所述控制部基于所述边界层的状态来压缩由所述吸入部吸入的所述流体。
6.根据权利要求4或5所述的边界层控制系统，其中，所述控制部基于所述边界层的状态来加热由所述吸入部吸入的所述流体。
7.根据权利要求4到6中的任一项所述的边界层控制系统，其中，所述控制部基于所述边界层的状态来控制所述喷出部以改变喷出所述流体的方向。
8.根据权利要求1到7中的任一项所述的边界层控制系统，其中，所述边界层分离部是板部件，所述板部件距所述本体的所述表面一定距离地与所述本体的所述表面平行设置。
9.根据权利要求1到8中的任一项所述的边界层控制系统，其中，所述喷出部被设置在所述边界层分离部的后端上。
10.根据权利要求1到9中的任一项所述的边界层控制系统，其中，所述移动物体是车辆，并且所述本体的所述表面是所述车辆的下面。
【文档编号】B62D37/02GK103874621SQ201280050121
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2012年10月11日 优先权日:2011年10月13日
【发明者】木村雪秀 申请人:丰田自动车株式会社
【专利摘要】一种边界层控制系统（1），包括：边界层分离部（11），所述边界层分离部（11）将在移动物体的本体（2）的下面（3a）处的气流的边界层与气流的主流分离；以及喷出部（12），所述喷出部（12）在已经被所述边界层分离部（11）分离的所述边界层和所述主流之间喷出处于与所述边界层和所述主流的状态不同的状态中的流体。所述边界层控制系统（1）的特征在于，边界层和主流被处于与边界层和主流的状态不同的状态中的流体可靠地分离，从而被边界层减速（即，速度减小）的主流的百分比减小。
【专利说明】边界层控制系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及边界层控制系统。
【背景技术】
[0002]存在通过增加负升力(B卩，下压力)来增加车身稳定性的技术。已知的是，通过增加在车身下方流动的空气的速度来增加该下压力。然而，由于在车辆的表面附近形成的称为边界层的低速度层，在车身下方流动的空气的速度降低，并且因此下压力降低。因此，利用在PCT申请N0.2009-504472 (JP-A-2009-504472)的已公开的日文翻译中描述的边界层吸入系统，通过在地板表面附近的边界层中进行吸入而确保了下压力。
[0003]然而，利用在JP-A-2009-504472中描述的边界层吸入系统，气流的边界层不能可靠地与在车身的表面处的气流的主流分离，从而边界层和主流可能最终重新结合。如果边界层和主流重新结合，则主流的速度将由于边界层而降低，从而下压力将降低，这可能影响车身的稳定性。
【发明内容】
[0004]因此，鉴于前面的问题，本发明提供一种能够抑制在移动物体的本体表面处的气流的主流的速度降低的边界层控制系统。
[0005]示例性实施例的第一方面涉及一种边界层控制系统，该边界层控制系统包括:边界层分离部，该边界层分离部将在移动物体的本体的表面处的气流的边界层与气流的主流分离；和喷出部，该喷出部在已经被边界层分离部分离的边界层和主流之间喷出处于与边界层和主流的状态不同的状态中的流体。
[0006]在这个边界层控制系统中，能够通过在移动物体的本体的表面处的气流的主流和边界层之间，利用处于与边界层和主流的状态不同的状态中的流体形成一种层来抑制主流重新结合到边界层(还被称作转换成边界层或者与边界层混合)。结果，在移动物体的本体的表面处主流的速度的降低能够受到抑制，从而来自气流的阻力能够减小。例如，能够在车辆的下面的表面处抑制下压力的降低。
[0007]而且，喷出部可以在边界层和主流之间喷出与边界层和主流相比流体速度、流体压力和流体温度中的至少一项不同的流体。在该情形中，利用与在本体的表面处的气流的主流和边界层相比流体速度、流体压力和流体温度中的至少一项不同的流体，在本体的表面处的气流的主流和边界层能够相互分离，并且能够抑制主流重新结合到边界流。
[0008]而且，该边界层控制系统还可以包括吸入部，该吸入部在移动物体的纵向方向上设置在边界层分离部的后方，并且该吸入部吸入在边界层中包括的流体。而且，喷出部可以在边界层和主流之间喷出由吸入部吸入的流体。在该情形中，能够循环在本体的表面处的气流的边界层中包括的流体，从而不再有必要排出所吸入的流体。
[0009]而且，该边界层控制系统还可以包括控制部，该控制部控制由吸入部吸入的流体的状态并且将得到的流体供给到喷出部。而且，该控制部可以基于边界层的状态来压缩由吸入部吸入的流体。此外，该控制部可以基于边界层的状态来加热由吸入部吸入的流体。而且，该控制部可以基于边界层的状态来控制喷出部以改变喷出流体的方向。在该情形中，能够通过根据在本体的表面处的气流的边界层的状态控制流体的状态而更进一步地抑制在本体的表面处的气流的主流和边界层重新结合到彼此。
[0010]而且，边界层分离部可以是板部件，该板部件距本体的表面一定距离地与本体的表面平行设置。在该情形中，在本体的表面处的气流的主流和边界层能够被设置在本体的表面上的板部件以机械方式分离。
[0011]而且，喷出部可以被设置在边界层分离部的后端上。在本体的表面处的气流的主流和边界层被边界层分离部分离，从而在边界层分离部的后端部上设置喷出部使得能够在本体的表面处的气流的主流和边界层之间可靠地喷出流体。
[0012]因此，根据本发明这个方面的边界层控制系统能够抑制在移动物体的本体表面处的气流的主流的速度降低。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]将在下面参考附图描述本发明的示例性实施例的特征、优点以及技术和工业意义，其中相同的附图标记表示相同的元件，并且其中:
[0014]图1是概略地示出根据本发明示例性实施例的边界层控制系统的框图；
[0015]图2是示意在图1中的本体的下方的气流的视图；并且
[0016]图3是示意在对照实例中的本体的下方的气流的视图。
【具体实施方式】
[0017]现在将参考附图详细地描述根据本发明的示例性实施例的边界层控制系统。在【专利附图】
【附图说明】中，类似的或者对应的部分将由相同的附图标记表示，并且将省略重复的说明。
[0018]图1是根据本发明一个示例性实施例的边界层控制系统的框图。该边界层控制系统是用于将由于移动物体的移动而在移动物体周围产生的气流分离成主流和边界层的、被安装到移动物体的系统，该主流具有均匀的流体速度，而该边界层在移动物体的表面附近形成并且具有与主流相比较低的流体速度。如在图1中所示，边界层控制系统I例如被与车辆的本体2的下面3a (即，表面)相对地设置，并且包括边界层分离部11和喷出部12。在以下说明中，关于边界层控制系统I的上、下、前、后、左和右参考当本体2侧在上面、道路表面R在下面、在向前方向FW上的一侧朝前，并且与向前方向FW相对的一侧朝后时的方向。
[0019]边界层分离部11具有用于将在移动物体周围产生的气流分离成边界层和主流的结构。更加具体地，边界层分离部11设有与下面3a平行布置的边界层分离板11a，和例如用于将边界层分离板Ila附接到下面3a的一对支撑部件lib。边界层分离板Ila是在下面3a的左右方向上延伸的中空板部件，并且边界层分离板Ila距下面3a预定距离地设置，从而被定位在下面3a处的气流的主流和边界层之间的边界附近。在下文中，气流的主流和边界层还可以简单地分别地被称作“主流”和“边界层”。支撑部件Ilb是将边界层分离板Ila的在左右方向上的两个端部连接到下面3a的管状部件。这里，“与下面3a平行”包括以如下程度基本与下面3a平行，即边界层分离板Ila能够将边界层与主流以机械方式分离并且几乎不存在由在移动物体的周围产生的气流引起的阻力的程度。[0020]喷出部12在已经被边界层分离部11分离的边界层和主流之间喷出处于与边界层和主流的状态不同的状态中的流体。从喷出部12喷出的流体的例如当喷出流体时的流体速度、流体温度和流体压力中的至少一项与边界层和主流不同。而且，喷出部12例如被设置在边界层分离板Ila的后端上。在该情形中，喷出部12具有在边界层分离板Ila的后端中在左右方向上设置的多个缝12a，并且从该多个缝12a喷出流体。由这个喷出部12喷出的流体具有与边界层和主流的状态不同的状态，从而利用这个流体在边界层和主层之间形成流体层。
[0021]从喷出部12喷出的流体优选地具有比在移动物体周围产生的气流的主流和边界层更高的能量。当以该方式在边界层和主流之间喷出具有比主流和边界层更高的能量的流体时，因此形成了具有高能量的流体层。该流体层用作空气帘，其抑制了主流重新结合到边界层。这里，该能量可以是动能(速度)，或者源于温度或者压力等的内部能量。这种内部能量在某个阶段被转换成动能，从而具有比边界层和主流的内部能量高的内部能量的流体类似于具有比边界层和主流的动能高的动能的流体地发挥功能。
[0022]边界层控制系统I还可以包括吸入部13、流路部14和控制部15。
[0023]吸入部13在边界层分离部11的后方(即，其后部)设置在下面3a上，并且吸入在边界层中包括的流体。该吸入部13优选被设置在如下位置中，在该位置处，由喷出部12喷出的流体的状态被边界层和主流改变，并且抑制主流重新结合到边界层的作用力开始降低。而且，吸入部13在下面3a的左右方向上延伸并且具有多个吸入孔13a。吸入部13经由该多个吸入孔13a将下面3a附近的流体吸入到本体2中。流路部14是将已经由吸入部13吸入的流体向外引导到控制部15的路径，并且流路部14例如由管道形成。
[0024]控制部15基于边界层的状态控制由流路部14引出的流体的状态。控制部15例如具有压缩机风扇和加热器等。而且，控制部15例如根据下面3a附近的边界层的状态压缩由流路部14引出的流体，使得该流体具有比下面3a的附近的主流和边界层的流体压力更高的压力。而且，控制部15例如根据下面3a的附近的边界层的状态加热由流路部14引出的流体，使得该流体具有比下面3a的附近的主流和边界层的流体温度更高的温度。
[0025]而且，控制部15经由设置在下面3a上的所述一对支撑部件Ilb将受控流体供给到边界层分离板11a，并且利用设置在边界层分离板Ila的后端上的喷出部12喷出该流体(即，受控流体)。下面3a附近的主流和边界层的各种状态，诸如流体速度、流体温度和流体压力等由传感器等检测，或者基于移动物体的移动速度等进行估计。
[0026]利用以该方式构造的边界层控制系统1，当车辆在向前方向FW上移动时，处于主流和边界层以连续方式连接的状态中的气流因此从前方流入边界层分离部11中。该气流然后被边界层分离部11以机械方式分离成主流和边界层，并且经分离的主流和边界层每一个均在边界层分离部11后方流出。接着，利用设置在边界层分离部11的后端上的喷出部12在分离边界层和主流之间喷出处于与边界层和主流的状态不同的状态中的流体。
[0027]而且，在经分离的边界层中包括的流体被朝向下面3a的后方设置的吸入部13吸入，并且经由流路部14向外引导到控制部15。继续地，已经向外引导到控制部15的流体在控制部15中受到控制，例如加压并且加热，并且经由所述一对支撑部件Ilb被供给到边界层分离板11a。然后被供给到边界层分离板Ila的流体从喷出部12的缝12a被喷出。如上所述，利用边界层控制系统I，在边界层中包括的流体被循环和使用。[0028]接着，将参考图2和图3描述边界层控制系统I的操作和效果。图2是示意在设有边界层控制系统I的车辆的本体2的下面3a的下方的气流的视图。图3是示意在未设置边界层控制系统I的车辆本体的下面的下方的气流的视图。在图2和图3中，水平轴线表示在车辆的纵向方向上的位置，其中O是下面的前端的位置。而且，竖直轴线表示在竖直方向上距下面的距离，其中O是下面的高度。
[0029]如在图3中所示，对于相关车辆，在车辆的下面的下方的气流中，在下面附近形成的边界层和在距下面特定或者更大距离的位置中形成的主流被以连续的方式连接。该边界层由于粘性而被车辆拖曳，使得边界层的速度是低的。更加远离下面地，粘性对于边界层的影响是低的，从而边界层的速度增加。在另一方面，主流几乎不受粘性影响，从而主流的速度基本与车辆速度相同。然而，对于相关车辆，边界层和主流未被可靠地分离，从而朝后更远地，主流趋向于结合到边界层，从而使得主流的速度由于边界层而降低。如果以该方式主流的速度由于边界层而降低，则下压力减小，从而车身的稳定性可能丧失。
[0030]而且，对于相关车辆，主流和边界层被以连续的方式连接，从而不能仅仅通过在边界层中进行吸入而可靠地分离边界层和主流，并且因此，主流受到粘性影响。而且，气流存在重新结合的趋势，从而主流重新结合到本体(即，下面)。因此，为了充分地在边界层中吸入，宽的(即，覆盖大的区域)或者长的(即，延伸长的距离)吸入部是有必要的。
[0031]在另一方面，如在图2中所示，类似于相关技术的车辆，对于设有边界层控制系统I的车辆，在本体2的下面3a的下方的气流中，从下面3a的前端到位置Pl，在下面3a附近形成的边界层被以连续的方式连接到在距下面3a特定或者更大的距离的位置中形成的主流。然而，利用边界层控制系统1，边界层分离部11在纵向方向上从位置Pl到位置P2地设置于在竖直方向上距下面3a距离Dl的位置中。因此，在下面3a的下方的气流被该边界层分离部11以机械方式分离成在下面3a侧上的边界层和在道路表面R侧上的主流。
[0032]而且，在纵向方向上的位置P2处，在已经由边界层分离部11分离的边界层和主流之间，喷出部12喷出处于与边界层和主流的状态不同的状态中的流体。该喷出的流体在位置P2的后方形成流体层，并且该流体层用作空气帘。即，通过在边界层和主流之间喷出处于与边界层和主流的状态不同的状态中的流体，能够抑制主流重新结合到边界层。结果，在下面3a处，主流的速度的降低能够被抑制，从而主流的速度被维持为与车辆速度基本相同的速度直至下面3a的后端。
[0033]进而，边界层控制系统I包括吸入部13，该吸入部13在纵向方向上从位置P3到位置P4地在左右方向上延伸。位置P3是由喷出部12喷出的流体的状态被边界层和主流等改变并且抑制主流重新结合到边界层的作用力开始降低位置。在位置P3的后方的边界层中包括的流体被该吸入部13吸入。因此，在位置P3的后方，能够抑制主流的速度由于边界层而降低。即，边界层控制系统I首先利用边界层分离部11将边界层与主层以机械方式分离，并且然后在这之后，利用喷出的流体的空气帘保持主流与边界层分离，并且进而在这之后，通过利用吸入部13在边界层中进行吸入而抑制主流结合到边界层，并且因此抑制减速(即，速度降低)。
[0034]以该方式，边界层控制系统I在从下面3a的前端到后端的宽阔的区域之上延伸，并且将主流与边界层分离，因此减小被边界层拖曳并且因此减速(即，速度减小)的主流的百分比。结果，在下面3a的下方，下压力的降低能够受到抑制，从而车身的稳定性能够得以提高。例如，崎岖不平的道路表面R引起的车辆振动和在突然转向期间的波动等能够减轻。
[0035]而且，对于相关车辆，由于文丘里效应，在下面的下方的气流的压力减小。因此，为了吸入在边界层中包括的流体，在下面的下方的气流的压力应该减小，使得该压力甚至低于流体的压力，从而需要大的驱动力。作为对照，在设有边界层控制系统I的车辆中，已经与高速主流分离的边界层的流速进一步减小，从而边界层的压力恢复(即，负压力减弱)。因此，能够减小吸入在边界层中包括的流体所需要的驱动力。
[0036]而且，利用边界层控制系统1，由吸入部13吸入的流体被用作由喷出部12喷出的流体，从而用于排出由吸入部13吸入的流体的导管不再是必要的。
[0037]而且，边界层控制系统I能够使用控制部15控制从喷出部12喷出的流体的状态。例如，控制部15还可以从喷出部12喷出具有比边界层和主流的流速高的速度的流体。在该情形中，具有比边界层和主流的流速高的速度的流体在边界层和主流之间形成流体层。该流体层能够划分主流试图重新结合到边界层的流动，并且因此能够使主流与边界层分离。
[0038]而且，控制部15可以使用压缩机风扇压缩流体，并且将具有比边界层和主流的压力高的压力的流体供给到喷出部12。在该情形中，压缩流体能够增加流体的流速。而且，与边界层和主流相比具有更高的压力和更快的流速的流体在边界层和主流之间形成流体层。该流体层具有比边界层和主流更高的压力，从而形成在从流体层朝向边界层和主流的方向上的流动。因此，边界层能够与主流分离。
[0039]而且，控制部15可以利用加热器加热流体并且将与边界层和主流相比具有更到的温度的流体供给到喷出部12。通常，高温流体形成上层，并且低温流体形成下层。相应地，已经通过加热等加热的流体形成在下面3a附近的层，并且主流形成在道路表面R侧上的层。因此，利用来自高温流体的流体层，主流能够与边界层或者下面3a分离。此外，加热的流体在下面3a附近汇集，并且因此被吸入部13吸入并且被再次使用。在该情形中，已经被加热的流体被加热器再次加热，从而与当加热处于正常温度的流体时相比较，能够减少获得具有比边界层和主流的流体温度高的温度的流体所需要的电力。
[0040]根据本发明的边界层控制系统不限于上述示例性实施例。例如，边界层控制系统I不限于被安装在车辆上，而是可以安装在各种移动物体中的任意移动物体诸如航空器等中。而且，边界层控制系统I不限于被设置在移动物体的本体的下面上，而是可以被设置在移动物体的本体的表面上。在移动物体的本体表面处的气流的边界层处，粘性引起的剪切力弓I起针对移动物体的气流阻力，使得移动物体减速。因此，在移动物体的本体表面处将气流分离成边界层和主流使得主流的速度的降低能够受到抑制，因此能够降低来自气流的阻力。结果，燃料效率等能够得以提高。
[0041]而且，喷出部12还可以在已经被边界层分离部11分离的下面3a和主流之间喷出处于不同的状态中的空气流。可替代地，喷出部12可以在边界层控制系统I安装到的本体和已经被边界层分离部11分离的主流之间喷出处于不同的状态中的空气流。在该情形中，能够抑制已经被边界层分离部11分离的主流重新结合到本体(即，下面)，从而受到本体拖曳并且因此减速(即，速度减小)的主流的百分比能够降低。
[0042]此外，控制部15可以根据边界层的状态控制喷出部12以改变喷出流体的方向。更加具体地，当移动物体的移动速度是低的时，控制部15可以控制喷出部12朝向本体2侧(即，边界层)喷出流体，并且随着移动速度增加，控制部15可以控制喷出部12喷出流体使得该流体逐渐地与本体2的表面平行。例如，喷出部12可以由树脂制成，并且可以通过使喷出部12弹性变形来控制喷出流体的方向。根据该结构，当移动物体的移动速度是低的时，喷出的流体的速度是足够大的，从而能够通过直接在边界层处喷出流体而增加边界层的速度。在另一方面，当移动物体的移动速度是高的时，能够通过与移动物体的本体的表面平行地喷出流体而将气流分离成边界层和主流。而且，控制部15可以例如执行仅一个流体控制，诸如加压、加热或者改变喷出方向，或者可以相组合地执行多个控制。
【权利要求】
1.一种边界层控制系统，包括: 边界层分离部，所述边界层分离部将在移动物体的本体的表面处的气流的边界层与所述气流的主流分离；以及 喷出部，所述喷出部在已经被所述边界层分离部分离的所述边界层和所述主流之间喷出处于与所述边界层和所述主流的状态不同的状态中的流体。
2.根据权利要求1所述的边界层控制系统，其中，所述喷出部在所述边界层和所述主流之间喷出与所述边界层和所述主流相比流体速度、流体压力和流体温度中的至少一项不同的流体。
3.根据权利要求1或2所述的边界层控制系统，进一步包括吸入部，所述吸入部在所述移动物体的纵向方向上设置在所述边界层分离部的后方，并且所述吸入部吸入在所述边界层中包括的流体，其中，所述喷出部在所述边界层和所述主流之间喷出由所述吸入部吸入的所述流体。
4.根据权利要求1到3中的任一项所述的边界层控制系统，进一步包括控制部，所述控制部控制由所述吸入部吸入的所述流体的状态并且将得到的流体供给到所述喷出部。
5.根据权利要求4所述的边界层控制系统，其中，所述控制部基于所述边界层的状态来压缩由所述吸入部吸入的所述流体。
6.根据权利要求4或5所述的边界层控制系统，其中，所述控制部基于所述边界层的状态来加热由所述吸入部吸入的所述流体。
7.根据权利要求4到6中的任一项所述的边界层控制系统，其中，所述控制部基于所述边界层的状态来控制所述喷出部以改变喷出所述流体的方向。
8.根据权利要求1到7中的任一项所述的边界层控制系统，其中，所述边界层分离部是板部件，所述板部件距所述本体的所述表面一定距离地与所述本体的所述表面平行设置。
9.根据权利要求1到8中的任一项所述的边界层控制系统，其中，所述喷出部被设置在所述边界层分离部的后端上。
10.根据权利要求1到9中的任一项所述的边界层控制系统，其中，所述移动物体是车辆，并且所述本体的所述表面是所述车辆的下面。
【文档编号】B62D37/02GK103874621SQ201280050121
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2012年10月11日 优先权日:2011年10月13日
【发明者】木村雪秀 申请人:丰田自动车株式会社
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