专利名称：降低物体行进阻力的结构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种降低物体行进阻力的结构。
背景技术：
高速铁路、船及飞机等物体，其行进速率都很快，而传统观念中，认为这些戴具表 层越光滑，对流体的摩擦阻力会愈小；但是，实际上并非如此。如图1、图2所示，当流体40 通过物体50平滑的蒙皮点A时，蒙皮表面的粘滞力阻碍流体的行进，流场边界层立即产生， 而影响流体40流质点往后移动，此影响流体40流质点往后移动的阻力，称为逆压力，也就 是流体的阻力。流体40流质点到B点时边界层出现分离，随之在C、D、E点流场以后产生紊 流。导致物体在行进中的速率受到阻碍。再者，当流体通过物体50平滑的蒙皮表面51时， 其尾流42呈较短距离Wl的情况，因此会产生较大的尾流拖曳力(dragforce)，因此，非常强 劲的流体阻力也随即产生。此外，枪弹、炮弹等投射物是直线运动加圆运动；因此，也有前述相同的缺失。定义流体本实用新型以下所称的流体包括空气及水。行进本实用新型以下所称的行进包括直线运动、圆运动及直线运动加圆运动。物体本实用新型以下所称的物体包括陆海空载具(含其附属的挂具、挂件、机 具、零配件等)及投射物。该载具含飞行器、船舰及定轨列车等。其中该飞行器包括火箭、飞机机身、机翼、水 平翼，垂直翼、无人飞行器UAV机身、机翼、水平翼、垂直翼、直升机机身、直升机尾翼、飞行 器上的挂具、挂件、机具，零配件包括喷射引擎、喷射引擎加压器定子、喷射引擎涡轮定子、 喷射引擎旁通Bypass、喷气口、喷气口倒圆锥体、进气口、进气口倒圆锥体；而该船舰包括 吃水线上方的船壳、船桥，及吃水线下方的船壳；该投射物包括枪弹、炮弹、飞弹、炸弹。
实用新型内容本实用新型的主要目的在于克服现有产品存在的上述缺点，而提供一种降低物体 行进阻力的结构，其在一物体的蒙皮表面(object skin)的其中一部分或全部，设有无数 个小凹孔，当流体通过该无数个小凹孔时，会在物体蒙皮表面，产生无数个小涡流(small vortex)，此无数个小涡流在物体蒙皮表面，产生一层薄薄的扰流边界层(turbulent boundary layer)。由此，能有利的干扰物体蒙皮表面流体的湍(紊)流(turbulence)，并 可以部分隔离流体与物体蒙皮表面的接触，降低流体对物体蒙皮表面的粘滞阻力(viscous drag)，进而使流体快速通过行进中的物体蒙皮表面，达到降低阻力的功效。本实用新型的又一目的在于提供一种降低物体行进阻力的结构，是利用上述薄薄 的扰流边界层，干扰流体湍流(turbulence)，使流体顺着物体蒙皮，拉长尾流(wake)，此延 长的尾流，可降低物体尾流的拖曳力(drag forcc) 0借助结合上述小涡流、扰流边界层及拉长尾流三种机能，来有效的降低物体行进
3阻力，使物体行进速率更快且动能更大。本实用新型的目的是由以下技术方案实现的。本实用新型降低物体行进阻力的结构，其特征在于在一物体的蒙皮表面(object skin)的其中一部分或全部，设有无数个小凹孔(cavities)，当流体通过该无数个小凹孔 时，在该蒙皮表面产生无数个小涡流(small vortex)，据以形成一层薄薄的扰流边界层 (turbulent boundary layer)0前述的降低物体行进阻力的结构，其中无数个小凹孔的形状，包括设成预定的长 条形、多角形、圆形、椭圆形或其他几何型体，且该小凹孔是形成中间呈较低的凹弧状。前述的降低物体行进阻力的结构，其中无数个小凹孔形成密集分布状，其凹孔深 度为0. OOlmm至10mm，面积为0. OOlmm2至IOOmm2之间。前述的降低物体行进阻力的结构，其中蒙皮表面的无数个小凹孔，包括以涂布、印 刷、贴纸其中任一方式或组合方式附着固定在该蒙皮表面所构成的薄型层，且该薄型层所 形成的无数个小凹孔的最大深度(H)不超过该薄型层的厚度(T)。前述的降低物体行进阻力的结构，其中蒙皮表面的无数个小凹孔，包括使用涂料 以涂布或配合网版印刷方式所构成的薄型层，而直接形成在该物体蒙皮表面。前述的降低物体行进阻力的结构，其中蒙皮表面的无数个小凹孔，是使用耐高低 温差防水薄膜所构成的薄型层贴纸，预先在表面设有无数个小凹孔，然后再粘附在该物体 蒙皮表面。前述的降低物体行进阻力的结构，其中蒙皮表面的无数个小凹孔，是在该蒙皮组 装前，预先在其板材表面加工成型。前述的降低物体行进阻力的结构，其中蒙皮表面的无数个小凹孔，包括金属薄板 使用滚压或冲压，金属厚板使用钻孔或铸模，以及复合材料使用脱模，使其直接形成在该板 材表面。本实用新型降低物体行进阻力的结构的有益效果，其结合小涡流、扰流边界层及 拉长尾流三种机能，来有效的降低物体行进阻力，使物体行进速率更快且动能更大。本实用 新型除可应用于载具的蒙皮表面，也可应用于投射物的蒙皮表面，尤其枪弹、炮弹等投射物 是直线运动加圆运动，其降低行进阻力原理相同，但其直线运动及圆运动的速率极快，使得 降低行进阻力的效率更高。由于本实用新型采用非破坏性手段，所以不会改变或破坏到物 体表面蒙皮，不仅施工上便捷，且可确保物体本身的结构不会受到破坏或金属疲劳，具有使 用上安全，行进速率更快且动能更大的功效。
图1为现有物体表面流体的流动示意图。图2为现有物体表面流体分离过程示意图。图3为本实用新型形成小凹孔的示意图。图4为本实用新型形成扰流边界层的剖示图。图5为图4中所示部分放大图。图6为本实用新型与现有使用于物体的气体流动比较示意图。图7为本实用新型与现有使用于物体的气体分离过程比较示意图。[0029]图8为本实用新型运用在载具的使用状态参考图。图9为本实用新型运用在投射物的使用状态参考图。 图中主要标号说明10物体、50物体、IOA载具、IOB投射物、11飞行器、12船舰、13 定轨列车、14火箭、15子弹、16炸弹、17飞弹、18鱼雷、20蒙皮表面、51蒙皮表面、21薄型层、 30扰流边界层、31小凹孔、32圆弧状、33小涡流、40流体、41尾流、42尾流。
具体实施方式
本实用新型的物体10包括有图8所示的陆、海、空载具10A，例如飞机或直升机 等飞行器11、船舰12、定轨列车13或火箭14等，且其包括附挂在该载具IOA上的挂具、悬 挂物、喷射引擎，而船舰包括吃水线的船壳、船桥及吃水线下方的船壳等，容不赘述。此外，本实用新型的物体10也包括有图9所示的陆、海，空投射物10B，例如子弹 15、炸弹16、飞弹17及鱼雷18等。而上述物体10无论在进行直线运动或直线运动加圆运 动的行进时，都会在其物体蒙皮表面(object skin)与流体(空气、水)产生摩擦阻力。为 此本实用新型是利用在该载具IOA或投射物IOB的蒙皮表面20，形成有降低行进阻力的设 计，而枪弹、炮弹等投射物IOB是直线运动加圆运动，其降低阻力原理相同。而本实用新型的具体实施例兹配合图3至图7说明如后本实施例中，揭示在一物体10的蒙皮表面20的其中一部分或全部设有无数个 小凹孔31，当流体40通过该无数个小凹孔31时，会在物体蒙皮表面20，产生无数个小涡 流33，此无数个小涡流33在物体蒙皮表面20，产生一层薄薄的扰流边界层(turbulent boundary layer) 30，借以有利的干扰物体蒙皮表面20流体的湍流(turbulence)，并可以 部分隔离流体40与物体蒙皮表面20的接触，降低流体40对物体蒙皮表面20的粘滞阻力 (viscous drag)，进而使流体40快速通过行进中的物体蒙皮表面20，达到降低阻力的功 效。又前述的扰流边界层30，会干扰流体湍流(turbulence)，使流体40顺着物体蒙皮表面 20拉长尾流(Wake) 41，呈现较长距离W2，此延长的尾流，可降低物体10尾流的拖曳力(drag force)。所以，本实用新型结合上述小涡流33、扰流边界层30及扭长尾流41三种机能，更 有效的降低物体行进阻力，使物体行进速率更快且动能更大。本实用新型在物体的蒙皮表面20设置的小凹孔31，可采用非破坏性的手段，其结 构不会受到改变或破坏，以确保物体的安全性，且如此一来，已经出厂服役中的物体也可轻 易的使用本实用新型。至于，本实用新型在物体的蒙皮表面20，以非破坏性手段形成无数个小凹孔31可 行实拖例之一，包括以涂布、印刷或贴纸等其中任一或是其组合方式，附着在该物体蒙皮表 面20所形成的薄型层21，其厚度仅约0. OOlmm至数mm。本实施例中，该薄型层21是用涂 料，以涂布或配合网版印刷方式，形成在物体蒙皮表面20。但不限定于此，也即该薄型层21 包括以耐高低温差防水薄膜所构成的薄型层贴纸，预先在表面设有无数个小凹孔31，然后 粘贴附着在物体蒙皮表面20。如图4、图5所示，该薄型层21的表面形成有无数个预定几何型体的小凹孔31，例 如长条形、多角形、圆形、椭圆形或其他几何型体。且该小凹孔31较佳实施例，是形成中间 低的凹弧形状，小凹孔呈凹弧形状，可以降低雷达反射波，且该凹弧迎向流体40的前缘，包 括设成一圆弧状32，使气流40顺畅导入小凹孔31，并在孔内形成无数个的小涡流33。[0039]承上，该无数个小凹孔31其深度0. OOlmm至10_，面积0. OOlmm2至IOOmm2之间， 小凹孔31密度越密，降低阻力效果越好。一较佳实拖例，但不限定于此，该无数个小凹孔中 的相邻两个之间的间距不大于该小凹孔31的最大直径或宽度，使该无数个小凹孔形成密 集分布状，其凹孔深度为0. OOlmm至10mm，面积为0. OOlmm2至IOOmm2之间。如此一来，无数个小凹孔31内所产生的无数小涡流33，由点变成面的型态，自然 形成一扰流边界层30。至于，该小凹孔31的宽度尺寸可依物体行进或运转速率，及物体蒙皮表面20的表 面积的大小来设计凹孔深度和凹孔面积的大小，使其所产生的扰流边界层30达到最佳化。进一步，如图5所示，本实用新型的无数个小凹孔31，其深度H不大于薄型层21 的厚度T，例如薄型层21的厚度T为2mm，则该小凹孔31的最低深度H为1. Omm到小于 2. 0mm，较佳者为1. 5mm至1. 8mm，但不限定於此。如此一来，该薄型层21的底缘大部分面积 是与物体蒙皮表面20结合，增加附着性。承上，该薄型层21包括以涂布印刷或是贴纸方式固着在物体蒙皮表面20，如以涂 布印刷方式，则是在施工时同时形成无数个小凹孔31 ；至于贴纸方式，则须预先在贴纸上 成型无数个小凹孔21，然后再粘贴在蒙皮表面20，以现今科技而言，本实用新型上述手段 都可被实施，例如美商3M所生产的彩绘图案贴纸，即被张贴在中华航空的机体上。但是， 此等贴纸与一般贴纸不同，其必须能够承受起飞前，可能高达摄氏30几度的高温，起飞后 在几分钟内就到达四万尺高空，温度骤降至零下60度，以及压力极大的变化。此外，高空中 强烈的紫外线照射，恶劣天气下大雨甚至冰雪的冲击，贴纸都必须保持不翻卷，不脱落。因此，施工前必须先涂抹保护膜、干燥之后将贴纸贴合在机身上，最后再用封边剂 使贴纸与机身密合。所以，目前以贴纸贴合在机身的方式已成功被实施，因此本实用新型的 薄型层21采用非侵入性及破坏性方式，在蒙皮表面20形成无数个小凹孔31的手段，可以 被实施。此外，以涂料喷涂或印刷在蒙皮表面20并形成无数个小凹孔31的手段，在实施上 更是没有问题。本实用新型在该蒙皮表面20形成的无数小凹孔31，其除了以前述的薄型层21来 成型外，也包括在该蒙皮组装前，预先在其板材表面加工成型，例如金属薄板使用滚压或 冲压，金属厚板使用钻孔或铸模，以及复合材料使用脱膜等方法，使其直接在板材表面形成 无数个小凹孔31，而此等小凹孔31因仅成型在板材表面，所以不会破坏到板材的结构及强 度。故，以该板材再组装成蒙皮表面20时，则蒙皮表面20自然形成无数个小凹孔31，同样 会形成无数个小涡流33，据以形成一层薄薄的扰流边界层30，其特征与功效相同于前述结 构，容不赘述。由上述技术特征，本实用新型具有如下的功效增进需再阐明一、当流体40通过该无数个小凹孔31时，自然在蒙皮表面20形成一扰流边界层 30，因此不需要另外设置扰流器(turbulator)等设备，即可达到干扰表面气流的功效，是 一种既方便又有效能的结构。二、如图6所示，是本实用新型使用在物体的流体流动(下图)与现有图1的流 体流动(上图)的比较示意图，本实用新型除降低流体40对物体蒙度表面20的粘滞阻力 (viscous drag)外，并可延长尾流41，也即本实用新型将现有的尾流42由较短距离W1，向 后拉长为较长距离W2，如此可达到降低物体蒙皮表面尾流41拖曳力的功效，不仅使速率增加，且能减少能源耗损。至于，投射物IOB的枪弹、炮弹等是直线运动加圆运动，其降低行进 阻力原理相同，且因枪弹、炮弹的直线运动加圆运动的速率极快，使得降低行进阻力的效率更高。三、如图7所示，是本实用新型使用在物体的流体分离过程(下图)与现有图2的 流体分离过程(上图)的比较示意图；现有的流体流经物体50的蒙皮表面51，由A点到B 点时，边界层出现分离点(s^aration point)，随即在B点之后的C、D、E各点流场产生紊 流。反观本实用新型当流体流经物体10表面时，首先如A点流场所示，不久物体10的蒙皮 表面20上的边界层出现如下图所示的B点流场，但因本实用新型的蒙皮表面20有无数小 凹孔31来形成扰流边界层30，所以流体自B点流场以后的C、D、E各点流场，不会如上图现 有流体产生紊流的现象，进而可有效降低物体10行进的阻力。四、本实用新型是以非破坏性的手段，形成的无数小凹孔，来形成扰流边界层30， 其不仅具有使用上的安全性，且实施上便捷，更符合经济效益。以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上 的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与 修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。
权利要求1.一种降低物体行进阻力的结构，其特征在于在一物体的蒙皮表面的其中一部分或 全部，设有无数个小凹孔。
2.根据权利要求1所述的降低物体行进阻力的结构，其特征在于，所述无数个小凹孔 的形状，包括设成预定的长条形、多角形、圆形、椭圆形，且该小凹孔是形成中间呈较低的凹 弧状。
3.根据权利要求2所述的降低物体行进阻力的结构，其特征在于，所述无数个小凹孔 形成密集分布状，其凹孔深度为0. OOlmm至10mm，面积为0. OOlmm2至IOOmm2之间。
4.根据权利要求3所述的降低物体行进阻力的结构，其特征在于，所述蒙皮表面的无 数个小凹孔，包括以涂布、印刷、贴纸其中任一方式或组合方式附着固定在该蒙皮表面所构 成的薄型层，且该薄型层所形成的无数个小凹孔的最大深度不超过该薄型层的厚度。
5.根据权利要求4所述的降低物体行进阻力的结构，其特征在于，所述蒙皮表面的无 数个小凹孔，包括使用涂料以涂布或配合网版印刷方式所构成的薄型层，而直接形成在该 物体蒙皮表面。
6.根据权利要求4所述的降低物体行进阻力的结构，其特征在于，所述蒙皮表面的无 数个小凹孔，是使用耐高低温差防水薄膜所构成的薄型层贴纸。
7.根据权利要求1所述的降低物体行进阻力的结构，其特征在于，所述蒙皮表面的无 数个小凹孔，包括金属薄板使用滚压或冲压，金属厚板使用钻孔或铸模，以及复合材料使 用脱模，使其直接形成在该板材表面。
专利摘要本实用新型提供一种降低物体行进阻力的结构，其在物体蒙皮表面的其中一部分或全部，设有无数个小凹孔，当流体通过该无数个小凹孔时，在该蒙皮表面产生无数个小涡流，据以形成一层薄薄的扰流边界层；能有利干扰物体蒙皮表面流体的湍流，并可部分隔离流体与物体蒙皮表面的接触，降低流体对物体蒙皮表面的粘滞阻力；另外利用薄薄的扰流边界层，干扰流体湍流，使流体顺着物体蒙皮拉长尾流，该延长尾流可降低物体尾流拖曳力；借助结合小涡流、扰流边界层及拉长尾流三种机能，有效降低物体行进阻力，使物体行进速率更快且动能更大。
文档编号F15D1/00GK201925268SQ20102059741
公开日2011年8月10日 申请日期2010年11月9日 优先权日2010年11月9日
发明者林瑞麟 申请人:林瑞麟