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一种空气导流装置及利用其减小空气压差阻力的方法

阅读：312发布：2021-01-17

专利汇可以提供一种空气导流装置及利用其减小空气压差阻力的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种空气导流装置及利用其减小空气压差阻力的方法，该装置包括尺寸和形状可变的通风管道，并且其设置有进风口和出风口，方法包括在紧贴高速运动体的表面设置通风管道，沿着运动方向，管道的进风口位于高速运动体的前端，出风口位于高速运动体的后端。相对现有技术，本发明装置及方法适合于在空气中高速运动的物体，如高铁、高速汽车等，将运动体迎风面的气体导流到车辆的背风面，从而减小运动体迎风面和背风面的气压差，进而减弱压差阻力，在交通运输、节能环保方面具有广阔的应用前景。，下面是一种空气导流装置及利用其减小空气压差阻力的方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种利用空气导流装置减小空气压差阻力的方法，其特征在于，在紧贴高速运动体的表面设置通风管道，所述通风管道具有进风口、出风口以及安装在管道内的排风扇，沿着运动方向，所述进风口位于高速运动体的前端，所述出风口位于高速运动体的后端；该通风管道固定在高速运动体的上表面、下表面、左侧面和右侧面中的一面或者几面；所述通风管道根据高速运动体的表面结构确定尺寸和形状，且通风管道的尺寸和形状可变；所述管道结构根据高速运动体的运动速度、空气压强、迎风面面积参数自动收缩和扩展；所述高速运动体的头部空气受到挤压进入通风管道，受挤压气体通过通风管道在尾部扩散，填充由于高速运动物体挤压造成的尾部真空区域，用以减小高度运动物体头部与尾部的气压差；该高速运动物体为高铁或高速汽车；
所述高速运动体的头部设计成锥形，在高速运动体的头部周围设置有导流进气道，同时所述高速运动体的尾部与所述高速运动体的头部设计为同样的结构；
所述导流通道内中部安装排气扇。

说明书全文

一种空气导流装置及利用其减小空气压差阻力的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及减小空气压差阻力的方法，特别涉及一种空气导流装置及利用其减小空气压差阻力的方法。

背景技术

[0002] 随着科技的不断进步，以高速列车、私家轿车为代表的快速交通工具极大的提高了人们的出行便利性和时效性。但随着在空气中的高速运动体的速度不断提高，其受到的空气阻力成几何指数形式增长，这为进一步提高运动体的速度设置了障碍。为了达到更高的速度，必须耗费较大的能源消耗。

[0003] 以高速列车为例，列车运行阻力是由机械阻力，轮轨阻力，空气阻力三大部分构成。列车空气阻力有三种，即列车头部和尾部压力差所引起的阻力称压差阻力，压差阻力与列车头部和尾部的形状和车速有很大关系；由于空气粘性使作用于车体表面的气体剪切力产生的阻力称摩擦阻力，这部分阻力与列车长度有关；另一部分阻力是由于气流受到列车表面的突出或凹陷的干扰而产生的阻力称干扰阻力，这些阻力来源于车灯、扶手、转向架之间间隙、车辆底部及顶部设备对气流的干扰。机械阻力和轮轨阻力随速度变化不大，空气阻力是随速度成平方关系变化的，主要为压差阻力。在速度约为100km/h 时空气阻力大小与机械阻力和轮轨阻力之和相等。在速度大于100km/h的时候列车运行阻力主要来源于风阻。300km/h以上时风阻占列车运行阻力绝对的大头。在由300升至350时，阻力大了约32％；升至400时，更是增加了约70％。

[0004] 为了减小压差阻力，高速运动体大都才有流线型设计，或采用导流板等方法。此外，以美国超级高铁公司为代表的高速列车研发企业，为了减小空气阻力，让运输工具在近似真空内的管道内运行，甚至在运输工具的前端安装了大力吸气风扇，吸入管道内的气体以减少阻力，此种方案处在理论和实验验证阶段，其实际可行性和经济效益也待验证。

发明内容

[0005] 发明目的：本发明的目的旨在提供一种空气导流装置，其成本低，高效环保。

[0006] 本发明另一目的是提供一种减小空气压差阻力的方法，其方法简单，成本低，并且节能环保。

[0007] 技术方案：本发明所述的一种空气导流装置，包括尺寸和形状可变的通风管道，并且其设置有进风口和出风口。

[0008] 本发明还包括利用所述空气导流装置减小空气压差阻力的方法，包括在紧贴高速运动体的表面设置通风管道，沿着运动方向，管道的进风口位于高速运动体的前端，出风口位于高速运动体的后端。

[0009] 所述通风管道内安装有排气扇。

[0010] 所述通风管道固定在高速运动体的上表面、下表面、左侧面和右侧面中的一面或者几面。

[0011] 所述通风管道根据高速运动体的表面结构确定尺寸和形状。

[0012] 所述管道结构能够根据高速运动体的运动速度、空气压强、迎风面面积参数自动收缩和扩展。

[0013] 所述高速运动体为高铁或高速汽车。

[0014] 本发明以空气动力学和流体力学为基础，通过将在空气中运动体前端的空气导流到运动体的尾端，减小运动体前后端的气压差，从而减少运动体的空气压差阻力。

[0015] 更具体地本发明装置及方法采用以下技术方案：

[0016] 将运动体迎风面的气体导流到车辆的背风面，而尽量减小由于运动体高速运动造成的背风面真空区域的大小、增大背风面区域的空气压强。其中，空气导流装置为固定在空气中的运动体上的筒状管道。筒状结构可以固定在运动体的上下左右四个侧面，且可以根据运动体的结构设计筒状管道结构的长短、扁圆等结构尺寸；筒状管道结构的进风口位于车辆的前端，出风口位于车辆的后端。

[0017] 其中，管状结构的进风口的设计要有利于运动体迎风面的气体进入管道，进入管道的气体在迎风面压力和运动体侧面压力的作用下，在管道内被压缩，并迅速流向管道的出风口；出风口的设计有利于气体迅速填充由于运动高速运动造成的车体后端的真空区域。

[0018] 其中，筒状管道结构装置可以根据运动体的运动速度、空气压强、迎风面面积等参数可以自动收缩和扩展，以达到减小空气压差的最佳状态。管道内可以安装排气扇以增加运动体高速运动情况下管道内压缩气体的快速排出到出风端。

[0019] 技术效果：相对现有技术，本发明装置及方法适合于在空气中高速运动的物体，如高铁、高速汽车等，将运动体迎风面的气体导流到车辆的背风面，从而减小运动体迎风面和背风面的气压差，进而减弱压差阻力。本发明适用于高速汽车、高速列车等快速交通运输工具，在交通运输、节能环保方面具有广阔的应用前景。附图说明

[0020] 图1本发明空气导流示意图；

[0021] 图2本发明多部位空气导流通道示意图；

[0022] 图3本发明运动体锥形设计示意图；

[0023] 图4本发明导流通道添加排气扇示意图。

具体实施方式

[0024] 一种减小高速运动体运动时空气压差阻力的空气导流装置及方法，如图1所示，在紧贴高速运动体的表面设置通风管道104，沿着运动方向，管道的进风口位于高速运动体的前端(头部104)，出风口位于高速运动体的后端(尾部103)。

[0025] 具体的装置及方法如下：

[0026] 空气导流如图1所示，空气中的高速运动体包括头部101、中部102和尾部103。在运动体顶部设置导流通道(通风管道104)。到运动体在空气中高速运动时，头部空气105受到挤压进入导流通道，受挤压气体通过导流通道在尾部扩散，填充由于运动体挤压造成的尾部真空区域。从而减小头部与尾部的气压差。

[0027] 由图1所示，如果只在运动体顶部设置导流通道，气体在尾部扩散，由于气流的速度等因素，不能很好的填充尾部底层的真空区域。因此导流通道最好在运动体底部也设置一个，如图2所示。运动体201的上下各有一个导流通道202、203，如此气流在尾部从上下两个方向填充真空区域。为了更好将运动体头部的空气导流到尾部，甚至可以将整个运动体外侧设置成导流通道，这样可也全方位的填充尾部真空区域。

[0028] 为了更利于气流进入导流通道，运动体头部设计成锥形，如图3所示。301为运动体锥形头部，302、303分别为上下两个导流进气道。运动体头部气流304受到锥体的挤压通过导流进气道进入导流通道。同理，为了使得气体在尾部能够更好的扩散填充真空区域，尾部也与头部一样设计。

[0029] 受到空间限制，导流通道的横截面积不会太大。因此，整个运动体的横截面上的气体全部压缩进导流通道，从而使得导流通道内的压强增大，为了迅速将头部气体导流到尾部，在导流通道内安装排气扇。如图4所示，401为运动体，导流通道402内安装排气扇403，增加吸力，快速将头部气体导流到尾部。

[0030] 综上所述，本发明提出了一种运动体在空气中运动时，减小运动体前后的气压差的导流装置和方法：以流体力学和空气动力学位基础，在运动体的周围外侧设置导流通道，将运动体迎风面的空气迅速导流到运动体的尾部背风面，填充由于运动体的挤压带动的空气造成的真空区域，从而减弱运动体的前后气压差。

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