專利名稱：一種能降低介質(zhì)阻力的表面結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種能降低介質(zhì)阻力的表面結(jié)構(gòu)，用在汽車、有軌列車、飛機(jī)、輪船等 交通工具的表面。
背景技術(shù)：
由于相對(duì)運(yùn)動(dòng)，汽車、有軌列車、飛機(jī)、輪船等交通工具在行駛時(shí)，空氣和水對(duì)在行 駛中的汽車、有軌列車、飛機(jī)、輪船等交通工具在其行進(jìn)方向施以反向作用力，即我們所稱 的“空氣阻力”，“水阻力”。它會(huì)隨著速度的增加而增加，阻力的增加必然導(dǎo)致其消耗的能 源增加。目前，在國(guó)家大力倡導(dǎo)節(jié)能減排這一國(guó)家戰(zhàn)略下，在全球關(guān)于減少碳排放量，改變 全球氣候與環(huán)境的共識(shí)下，降低汽車、有軌列車、飛機(jī)、輪船等交通工具在行駛時(shí)所受的阻 力，從而降低能耗減少碳排放量并能為使用者帶來(lái)效率和經(jīng)濟(jì)效益?，F(xiàn)以汽車為例，首先分 析下汽車的壓力阻力；根據(jù)阻力源的不同，壓力阻力又分為形狀阻力、干擾阻力、內(nèi)循環(huán) 阻力及誘導(dǎo)阻力。1.形狀阻力由車身形狀的不同而產(chǎn)生的空氣阻力(主要由作用在汽車 前、后兩面的壓力差所至)，其占空氣阻力總額的58% ； 2.干擾阻力車身中局部突起部分 (如反光鏡、車門把手等)產(chǎn)生的空氣阻力，其占空氣阻力總額的14%; 3.內(nèi)循環(huán)阻力發(fā) 動(dòng)機(jī)進(jìn)、排氣系統(tǒng)、冷卻系、車身通風(fēng)系統(tǒng)等所需要和產(chǎn)生的空氣流流經(jīng)車體內(nèi)部所產(chǎn)生的 阻力，其占空氣阻力總額的12% ； 4.誘導(dǎo)阻力空氣升力在水平方向的投影(主要由作用 在車身上、下兩面的壓力差所至)，其占空氣阻力總額的7%。其次是速度與風(fēng)阻的關(guān)系，根 據(jù)空氣阻力的公式F=(1/2)CpSV2得知，其所遇到的阻力將按速度的平方規(guī)律增加，成為 最主要的阻力，即當(dāng)速度增加2倍時(shí)，風(fēng)阻增加4倍，而消耗功率則增大8倍。根據(jù)測(cè)試，當(dāng) 一輛轎車以80公里時(shí)速前進(jìn)時(shí)，有60%的油耗都是用來(lái)克服風(fēng)阻的，而當(dāng)時(shí)速超過(guò)200公 里時(shí)，空氣阻力幾乎占所有行車阻力的85%。那么如何降低空氣阻力呢？研究表明，非常光 滑的表面在氣流和水流中并不是最佳選擇。像鯊魚那樣有細(xì)微顆粒的皮膚實(shí)際上更有利于 在水中滑行。同樣，這樣的皮膚應(yīng)該比光滑的皮膚更符合空氣動(dòng)力學(xué)原理。優(yōu)化的空氣動(dòng) 力學(xué)對(duì)汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性和排放管理有著直接的影響，據(jù)測(cè)算，風(fēng)阻降低10%就可以減少 2. 5%以上的耗油量，因此，本發(fā)明技術(shù)通過(guò)合理的表面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，將之應(yīng)用在汽車、飛機(jī)和 輪船等交通工具的外殼上，使其更符合空氣動(dòng)力學(xué)原理，比如在外殼上涂上“粗糙”的表層， 從而達(dá)到減少阻力，節(jié)省燃料的目的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種交通工具的表面結(jié)構(gòu)，其能降低介質(zhì)阻力，節(jié)能減排。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種能降低介質(zhì)阻力的表面結(jié)構(gòu)，包括基底，其 特征在于，所述的基底可為交通工具的外殼或者設(shè)在交通工具的外殼上的薄膜，所述的基 底的表面分布有圓弧凹面。所述的交通工具可為汽車、有軌列車、飛機(jī)、輪船等。本發(fā)明將 類似鯊魚皮的結(jié)構(gòu)用在交通工具的表面，可有效地降低介質(zhì)阻力。優(yōu)選地，所述的基底的厚度a為0. 16-1厘米，兼顧到表面結(jié)構(gòu)的氣動(dòng)性能和質(zhì)量的均衡性。更優(yōu)選地，所述的基底的厚度a為0. M厘米，使表面結(jié)構(gòu)的質(zhì)量、抗壓強(qiáng)度和氣動(dòng) 性能配比更優(yōu)，在低速時(shí)質(zhì)量的大小對(duì)能耗的影響比較大。優(yōu)選地，所述的圓弧凹面的表面圓半徑b為1-3厘米，表面圓與圓弧面底之間的距 離c為0. 1-0. 2厘米，相鄰兩個(gè)圓弧凹面之間的距離d為0. 1-0. 3厘米，兼顧到氣動(dòng)性與噪
曰O更優(yōu)選地，所述的圓弧凹面的表面圓半徑b為2厘米，表面圓與圓弧面底之間的距 離c為0. 16厘米，相鄰兩個(gè)圓弧凹面之間的距離d為0. 2厘米，可以獲得更優(yōu)異的氣動(dòng)性 能與更低的噪音。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于能夠有效地減少空氣阻力，能達(dá)到即節(jié)約了時(shí)間又降低了能 源消耗；便于實(shí)現(xiàn)。


圖1為能降低介質(zhì)阻力的表面結(jié)構(gòu)的俯視圖2為能降低介質(zhì)阻力的表面結(jié)構(gòu)的局部放大圖； 圖3為能降低介質(zhì)阻力的表面結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖。
具體實(shí)施例方式
下面以汽車為例，來(lái)具體說(shuō)明本發(fā)明。實(shí)施例1
如圖ι所示，為能降低介質(zhì)阻力的表面結(jié)構(gòu)的俯視圖，圖2為能降低介質(zhì)阻力的表面結(jié) 構(gòu)的局部放大圖，圖3為其側(cè)視圖，所述的能降低介質(zhì)阻力的表面結(jié)構(gòu)包括基底1，所述的 基底1為汽車的外殼(聚乙烯材料)，所述的基底1的表面分布有圓弧凹面2。所述的基底1的厚度a為0. 16厘米。所述的圓弧凹面2的表面圓半徑b為1厘 米，表面圓與圓弧面底之間的距離c為0. 1厘米，相鄰兩個(gè)圓弧凹面2之間的距離d為0. 1 厘米。準(zhǔn)備兩輛具有相同外形的汽車模型，其中一輛具有普通光滑表面，另一輛具有上 述能降低介質(zhì)阻力的表面結(jié)構(gòu)(除去汽車模型的底部)，在相同測(cè)試環(huán)境和標(biāo)準(zhǔn)下進(jìn)行風(fēng) 洞、水槽測(cè)試，經(jīng)多影像對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)顯示具有上述能降低介質(zhì)阻力的表面結(jié)構(gòu)的汽車模 型的尾部渦流明顯比光滑表面的汽車模型的尾部渦流更集中、更小。這種氣動(dòng)性能有效的 降低汽車模型的前后壓力差。得到更低的風(fēng)阻系數(shù)，更符合空氣動(dòng)力學(xué)。在實(shí)物測(cè)試中，先設(shè)定了一段長(zhǎng)度3公里的直路，并標(biāo)了起始與終止線。將具有上 述能降低介質(zhì)阻力的表面結(jié)構(gòu)的車輛以100千米/小時(shí)的速度勻速通過(guò)該實(shí)驗(yàn)路段，測(cè)得 油耗為油耗為9. 7升/百公里，相同條件下比具有光滑表面的車輛每小時(shí)能降低10%的油
耗 ο實(shí)施例2
如圖1所示，為能降低介質(zhì)阻力的表面結(jié)構(gòu)的俯視圖，圖2為能降低介質(zhì)阻力的表面結(jié) 構(gòu)的局部放大圖，圖3為其側(cè)視圖，所述的能降低介質(zhì)阻力的表面結(jié)構(gòu)包括基底1，所述的 基底1為汽車的外殼，所述的基底1的表面分布有圓弧凹面2。
所述的基底1的厚度a為1厘米。所述的圓弧凹面2的表面圓半徑b為3厘米， 表面圓與圓弧面底之間的距離c為0.2厘米，相鄰兩個(gè)圓弧凹面2之間的距離d為0. 3厘 米。準(zhǔn)備兩輛具有相同外形的汽車模型，其中一輛具有普通光滑表面，另一輛具有上 述能降低介質(zhì)阻力的表面結(jié)構(gòu)(除去汽車模型的底部)，在相同測(cè)試環(huán)境和標(biāo)準(zhǔn)下進(jìn)行風(fēng) 洞、水槽測(cè)試，經(jīng)多影像對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)顯示具有上述能降低介質(zhì)阻力的表面結(jié)構(gòu)的汽車模 型的尾部渦流明顯比光滑表面的汽車模型的尾部渦流更集中、更小。這種氣動(dòng)性能有效的 降低汽車模型的前后壓力差。得到更低的風(fēng)阻系數(shù)，更符合空氣動(dòng)力學(xué)。在實(shí)物測(cè)試中，先設(shè)定了一段長(zhǎng)度3公里的直路，并標(biāo)了起始與終止線。將具有上 述能降低介質(zhì)阻力的表面結(jié)構(gòu)的車輛以100千米/小時(shí)的速度勻速通過(guò)該實(shí)驗(yàn)路段，測(cè)得 油耗為油耗為9. 7升/百公里，相同條件下比具有光滑表面的車輛每小時(shí)能降低10%的油
^^ ο實(shí)施例3
如圖1所示，為能降低介質(zhì)阻力的表面結(jié)構(gòu)的俯視圖，圖2為能降低介質(zhì)阻力的表面結(jié) 構(gòu)的局部放大圖，圖3為其側(cè)視圖，所述的能降低介質(zhì)阻力的表面結(jié)構(gòu)包括基底1，所述的 基底1為粘結(jié)在汽車的外殼上的粘土薄膜，所述的基底1的表面分布有圓弧凹面2。所述的基底1的厚度a為0. M厘米。所述的圓弧凹面2的表面圓半徑b為2厘 米，表面圓與圓弧面底之間的距離c為0. 16厘米，相鄰兩個(gè)圓弧凹面2之間的距離d為0. 2 厘米。準(zhǔn)備兩輛具有相同外形的汽車模型，其中一輛覆蓋粘土光滑表面層，另一輛具有 上述能降低介質(zhì)阻力的表面結(jié)構(gòu)(除去汽車模型的底部)，在相同測(cè)試環(huán)境和標(biāo)準(zhǔn)下進(jìn)行 風(fēng)洞、水槽測(cè)試，經(jīng)多影像對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)顯示具有上述能降低介質(zhì)阻力的表面結(jié)構(gòu)的汽車 模型的尾部渦流明顯比光滑表面的汽車模型的尾部渦流更集中、更小。這種氣動(dòng)性能有效 的降低汽車模型的前后壓力差。得到更低的風(fēng)阻系數(shù)，更符合空氣動(dòng)力學(xué)。在實(shí)物測(cè)試中，先設(shè)定了一段長(zhǎng)度3公里的直路，并標(biāo)了起始與終止線。將車輛以 100千米/小時(shí)的速度勻速通過(guò)該實(shí)驗(yàn)路段，第一次實(shí)驗(yàn)車的外殼沒(méi)有覆蓋物，測(cè)得油耗為 11升/百公里；第二次實(shí)驗(yàn)車的外殼覆蓋粘土光滑表面層，測(cè)得油耗為11升/百公里；第 三次實(shí)驗(yàn)車的外殼覆蓋粘土并在粘土層的外表面挖出上述能降低介質(zhì)阻力的表面結(jié)構(gòu)，然 后把挖出的粘土放在車上，測(cè)得油耗為9. 7升/百公里。
權(quán)利要求
1.一種能降低介質(zhì)阻力的表面結(jié)構(gòu)，包括基底(1)，其特征在于，所述的基底(1)為交 通工具的外殼或者設(shè)在交通工具的外殼上的薄膜，所述的基底(1)的表面分布有圓弧凹面 (2)。
2.如權(quán)利要求1所述的能降低介質(zhì)阻力的表面結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的基底(1)的厚 度a為0. 16-1厘米。
3.如權(quán)利要求1所述的能降低介質(zhì)阻力的表面結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的基底的厚度a 為0. 24厘米。
4.如權(quán)利要求1所述的能降低介質(zhì)阻力的表面結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的圓弧凹面(2) 的表面圓半徑b為1-3厘米，表面圓與圓弧面底之間的距離c為0. 1-0. 2厘米，相鄰兩個(gè)圓 弧凹面(2)之間的距離d為0. 1-0. 3厘米。
5.如權(quán)利要求1所述的能降低介質(zhì)阻力的表面結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的圓弧凹面(2) 的表面圓半徑b為2厘米，表面圓與圓弧面底之間的距離c為0. 16厘米，相鄰兩個(gè)圓弧凹 面(2)之間的距離d為0. 2厘米。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種能降低介質(zhì)阻力的表面結(jié)構(gòu)，包括基底，其特征在于，所述的基底可為交通工具的外殼或者設(shè)在交通工具的外殼上的薄膜，所述的基底的表面分布有圓弧凹面。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是能夠有效地減少空氣阻力，能達(dá)到即節(jié)約了時(shí)間又降低了能源消耗；便于實(shí)現(xiàn)。
文檔編號(hào)F15D1/00GK102108996SQ201110046248
公開(kāi)日2011年6月29日 申請(qǐng)日期2011年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月27日
發(fā)明者王巍, 高致遠(yuǎn) 申請(qǐng)人:上海捷寧機(jī)械制造有限公司