减阻结构以及承载部件的制作方法

1.本实用新型涉及动力设备技术领域，尤其是涉及一种减阻结构以及承载部件。


背景技术：

2.相关技术中，叶片、机翼等部件是机械动力设备的关键部件，其减阻性能直接影响机械动力设备的工作性能。为了提高其减阻性能，近年来，国内外专家学者作了大量的研究工作，从结构优化、表面织构设计等方面进行了大量的探索，对减阻结构的研究逐渐发展成为新兴多学科交叉研究领域已成为国内外研究热点。而如何利用减阻结构的设计有效减小阻力，并且不会给带来附加设备或额外能量消耗及空间占用，且避免对流体造成污染成了亟待解决的问题。


技术实现要素：

3.本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型的一个目的在于提出一种减阻结构，所述减阻结构可有效减小阻力。
4.根据本实用新型实施例的减阻结构，所述减阻结构设于承载部件的表面，以降低流体阻力，其特征在于，所述减阻结构具有多个顺次连接的减阻单元，每个所述减阻单元均包括迎风面和背风面，相邻两个所述减阻单元之间形成容纳槽；其中，所述迎风面与所述背风面的结构不同。
5.根据本实用新型实施例的减阻结构，减阻结构具有多个顺次连接的减阻单元，每个减阻单元之间迎风面和背风面之间具有容纳槽，容纳槽可以使经过的流体产生涡流，进而可以降低摩擦力，减阻单元的迎风面与背风面的结构不同，又能进一步减小减阻结构的压强差，从而能更有效地减小阻力，提高减阻率，降低噪声。同时，减阻结构设于承载部件的表面，无需额外增加部件，进而可避免占用空间的增大以及安装步骤的增多，也不会对流体造成污染。
6.在一些实施例中，所述流体沿第一方向流动，所述减阻单元沿第二方向延伸；所述第一方向和所述第二方向所呈的夹角为40
°‑
140
°
。
7.在一些实施例中，所述减阻单元的高度h的取值范围为0.01mm
‑
1mm；和/或每个所述减阻单元的宽度l的取值范围为0.02mm
‑
1mm。
8.在一些实施例中，所述迎风面为曲面或平面。
9.在一些实施例中，所述背风面为曲面或平面。
10.在一些实施例中，所述迎风面与所述背风面中的至少一个为弧形面，所述弧形面包括第一弧形面和第二弧形面。
11.在一些实施例中，所述迎风面和所述背风面均为平面，所述迎风面与所述流体的运动方向所呈的夹角为β1，所述背风面与所述流体的运动方向所呈的夹角为β2，β1不等于β2。
12.在一些实施例中，所述减阻单元的正投影为三角形或梯形。
13.根据本实用新型实施例的承载部件，所述承载部件包括上述减阻结构。根据本实用新型实施例的承载部件，通过设置减阻结构，可以使经过的流体产生涡流，进而可以降低摩擦力，又能减小减阻结构的压强差，从而能更有效地减小阻力，提高减阻率，降低噪声。
14.在一些实施例中，所述减阻结构为多个，多个减阻结构呈多排多列排布。
15.在一些实施例中，所述承载部件具有承载面，所述减阻结构设于所述承载面，且所述减阻结构延伸至所述承载面的边沿。
16.在一些实施例中，所述承载部件为叶片或螺旋桨或活塞或轮船。
17.本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
18.本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
19.图1是根据本实用新型实施例的减阻结构的结构示意图；
20.图2是根据本实用新型实施例的减阻结构的结构示意图；
21.图3是根据本实用新型实施例的减阻结构的结构示意图；
22.图4是根据本实用新型实施例的减阻结构的结构示意图；
23.图5是根据本实用新型实施例的减阻结构的结构示意图；
24.图6是根据本实用新型实施例的减阻结构的结构示意图；
25.图7是根据本实用新型实施例的减阻结构的结构示意图；
26.图8是根据本实用新型实施例的承载部件的结构示意图；
27.图9是根据图8的a处的放大图；
28.图10是根据本实用新型实施例的其中另一个承载部件的结构示意图；
29.图11是根据图10的b处的放大图；
30.图12是根据本实用新型实施例的承载部件的结构示意图；
31.图13是根据图12的c处的放大图；
32.图14是根据本实用新型的其中一个实施例的承载部件的结构示意图；
33.图15是根据图14的d处的放大图；
34.图16是根据本实用新型的其中一个实施例的承载部件的结构示意图；
35.图17是根据图16的e处的放大图。
36.附图标记：
37.减阻结构100；减阻单元10；迎风面11；背风面12；容纳槽13；
38.第一弧形面14；第二弧形面15；
39.承载部件200；承载面210；连接段220。
具体实施方式
40.下面详细描述本实用新型的实施例，参考附图描述的实施例是示例性的，下面详细描述本实用新型的实施例。
41.下面参考图1
‑
图17描述根据本实用新型实施例的减阻结构100。
42.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
43.在本实用新型的描述中，“第一特征”、“第二特征”可以包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上。
44.减阻结构100设于承载部件200的表面，以降低流体阻力。减阻结构100具有多个顺次连接的减阻单元10，每个减阻单元10均包括迎风面11和背风面12。需要说明的是，这里，“迎风面11”指的是面向流体流向的面，“背风面12”指的是背向流体流向的面。“流体”可以指任意能流动的物质。结合图1
‑
图7，附图中所示的箭头f所指方向为流体的流动方向。如此设置的减阻结构100均可以使经过的流体产生微涡流，能有效降低流体的阻力。参照图6和图7，当流体流经减阻结构100时，流体在容纳槽13中可以形成为涡流，流体与物体表面的摩擦从滑动摩擦变为滚动摩擦，以有效降低摩擦力。
45.如图1
‑
图7所示，迎风面11与背风面12的结构不同。这里，“结构不同”可以指迎风面11和背风面12相对于减阻单元10的中心不对称，也可以指迎风面11和背风面12的截面轮廓线的长度不同，当然，也可以指迎风面11和背风面12的面积不同。此外，还需要说明的是，由于迎风面11和背风面12的结构不同，容纳槽13的两个侧壁结构不同，减阻结构100可以有效减小承载部件200的粘滞阻力，同时可以使得迎风面11和背风面12的压差低，以降低压差阻力，保证压差阻力的增加值小于粘滞阻力的减小值，增加了减阻效果。
46.结合表1，申请人采用无人机的机翼叶片作为承载部件200进行了分析，并分别对比了叶片在不具有减阻结构，减阻结构为对称的情况以及本实用新型实施例列举的5个不同减阻结构100的分析结果，以下数据采用无量纲描述，由此，从表1可以看出，本实用新型实施例的减阻结构100能有效减小承载部件200的粘滞阻力，同时压差阻力也同样降低，明显增加了减阻效果，也明显优于迎风面和背风面结构相同的设计。
47.表1
[0048][0049]
因流体可以在容纳槽13形成一系列微小的空气漩涡，类似于空气轴承的原理，得
以减小承载部件200与流体之间的运动阻力。又因承载部件200的阻力主要由压差阻力与粘滞阻力组成，通过减阻结构100的设置，减小了粘滞阻力，但也会因此改变压差阻力，当粘滞阻力的减小值大于压差阻力的增加值则表现为减阻，反之则为增阻。进一步分析，压差阻力的产生源于迎风面11与背风面12的不同空气流速与压强差，由此，流体可以在容纳槽13位置形成稳定的漩涡层，又能减小减阻结构100的压强差，从而能更有效地减小阻力，提高减阻率。
[0050]
根据本实用新型实施例的减阻结构100，减阻结构100具有多个顺次连接的减阻单元10，且每两个相邻的减阻单元10之间具有容纳槽13，容纳槽13可以使经过的流体产生涡流，进而可以降低摩擦力，减阻单元10的迎风面11与背风面12的结构不同，又能进一步减小减阻结构100的压强差，从而能更有效地减小阻力，提高减阻率，降低噪声。同时，减阻结构100设于承载部件200的表面，无需额外增加部件，进而可避免占用空间的增大以及安装步骤的增多，也不会对流体造成污染。
[0051]
在一些实施例中，如图12和图13所示，所述流体沿第一方向流动，减阻单元10沿第二方向延伸，第一方向和所述第二方向所呈的夹角的夹角为40
°‑
140
°
，以使流体可以在容纳槽13位置形成稳定的漩涡层，可以保证减阻效果。例如，流体可以沿例如图12的第一方向流动，减阻单元10可以沿例如图12的第二方向延伸，第一方向与第二方向之间的夹角为50
°
或90
°
，以进一步有效减阻，提高减阻率。这里，需要说明的是，第二方向的两端中的任意一端与第一方向所呈的夹角均可以为40
°‑
140
°
。
[0052]
在一些实施例中，如图5所示，减阻单元10的高度h的取值范围为0.01mm
‑
1mm；和/或每个减阻单元10的宽度l的取值范围为0.02mm
‑
1mm。承载部件200具有承载面210，减阻结构100可以设于承载面210，图5为在垂直于承载面210的方向上的截面图。由此，可以实现减阻单元10的微小化设计，有利于细微涡流的产生，以便于更有效地减阻，同时可减低占用空间。举例而言，容纳槽13的最大槽宽为w，w的取值范围可以为0＜w≤l。当然，减阻单元10的具体参数的取值还可以根据承载部件200的工况决定，比如承载部件200的形状、位置以及相对速度等。
[0053]
在本实用新型的一些实施例中，迎风面11可以为曲面或平面。在此不作限定。在一些实施例中，背风面12可以为曲面或平面。例如，迎风面11、背风面12可以均为平面，或者迎风面11和背风面12可以均为曲面，再者，迎风面11和背风面12可以其中一个为曲面，另一个为平面。当然，迎风面11与背风面12还可以为其他构造的异形面，在此不做限定。上述情况均可以减小阻力。
[0054]
在一些实施例中，如图3所示，迎风面11与背风面12中的至少一个为弧形面，所述弧形面包括第一弧形面14和第二弧形面15，如此设置的减阻结构100，可以进一步便于涡流的产生。第一弧形面14和第二弧形面15在减阻单元10的延伸方向上的正投影可以为两个不同心的弧形段，以便于涡流的产生。迎风面11和背风面12可以均为所述弧形面，或者迎风面11和背风面12中的其中一个为所述弧形面，另一个可以为平面。
[0055]
在另一些实施例中，如图4所示，迎风面11和背风面12可以均为平面，迎风面11与流体的运动方向所呈的夹角为β1，背风面12与流体的运动方向所呈的夹角为β2，β1不等于β2。当迎风面11和背风面12均为平面时，迎风面11和背风面12与流体运动方向具有不同的夹角时，同样可以减小承载部件200的粘滞阻力以及压强差，从而能更有效地减小阻力，提高
减阻率。
[0056]
在一些示例中，如图4和图5所示，减阻单元10的正投影可以为三角形或梯形或类三角形或类梯形等多个形状。这里，“正投影”可以指沿减阻单元10的延伸方向的正投影，结合图4，减阻单元10的正投影为三角形，此时每个减阻单元10的迎风面11和背风面12可以直接相连。或者，结合图5，减阻单元10的正投影为梯形，此时每个减阻单元10的迎风面11和背风面12为间接相连，上述多种设置方式均可以实现减阻的作用，可以根据实际需求进行具体设置。
[0057]
根据本实用新型实施例的承载部件200，包括上述减阻结构100。根据本实用新型实施例的承载部件200，通过设置减阻结构100，可以使经过的流体产生涡流，进而可以降低摩擦力，又能减小减阻结构100的压强差，从而能更有效地减小阻力，提高减阻率，降低噪声。同时，减阻结构100设于承载部件200的表面，无需额外增加部件，进而可避免占用空间的增大以及安装步骤的增多，也不会对流体造成污染。
[0058]
其中，减阻结构100可以根据承载部件200的参数进行具体设置，保证减阻结构100的适用性。减阻结构100可以根据实际需求设于承载部件200的任意位置，可进行整体布置或局部布置，在此不做限定。
[0059]
在一些实施例中，如图14
‑
图17所示，减阻结构100可以为多个，多个减阻结构100可以呈多排多列排布，以实现更优的减阻效果。
[0060]
在一些实施例中，参照图12并结合图13，承载部件200具有承载面210，减阻结构100设于承载面210，且减阻结构100延伸至承载面210的边沿，以进一步提高减阻效果。例如，如图12和图13所示，减阻结构100可以在第二方向上延伸至承载面210的边沿，也即减阻结构100可以在减阻单元10的延伸方向上延伸至承载面210的边沿，由此，可以使得容纳槽13的侧壁仅包括迎风面11和背风面12，进而便于流体的流入和流出，提高减阻效果。或者，减阻结构100可以在多个减阻单元10顺次连接的方向上延伸至承载面210的边沿，以增加容纳槽13的个数，提高减阻效果。
[0061]
如图14
‑
图17所示，承载面210可以为弧形面、平面或者异形面等多种形状。
[0062]
如图6所示，减阻结构100为脊状的减阻结构100，也就是说，减阻结构100可以凸出于承载面210。脊状的减阻结构100可以应用于易回流和形成湍流的区域，以更有效减小阻力。如图7所示，减阻结构100为槽状的减阻结构100，也就是说，承载面210可以凸出于减阻结构100。槽状的减阻结构100可以应用于高速区，以更有效减小阻力。上述两种设置方式均可实现减阻结构100的有效减阻。
[0063]
其中，如图7所示，承载面210可以与减阻结构100间接相连，承载面210与减阻结构100之间连接有连接段220，连接段220可以与承载面210之间产生涡流，或者连接段220可以与减阻结构100之间产生涡流。承载面210可以与减阻结构100一体成型。
[0064]
在一些实施例中，如图8
‑
图13所示，承载部件200可以为叶片。或者，承载部件200可以为螺旋桨。或者，如图14和图15所示，承载部件200可以为活塞。或者，如图16和图17所示，承载部件200可以为轮船。此时，流体可以为空气也可以为给轮船提供浮力的水。当然，承载部件200还可以为其他多种位于流体中，可与流体产生相对运动的部件。
[0065]
根据本实用新型实施例的叶片、螺旋桨、活塞、轮船等其他构成例如等以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。
[0066]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。
[0067]
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。