具有减阻功能的流线型涡流发生器及服装 |
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| 申请号 | CN202210090497.5 | 申请日 | 2022-01-25 | 公开(公告)号 | CN114521691A | 公开(公告)日 | 2022-05-24 |
| 申请人 | 李宁(中国)体育用品有限公司; | 发明人 | 徐瑞娜; 吴海军; 穆雪莲; 王颖; 蒋代彬; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种具有减阻功能的 流线 型 涡流 发生器，包括底面、第一曲面和第二曲面，底面、第一曲面以及第二曲面的边缘相交形成具有减阻功能的流线型涡流发生器，第一曲面和第二曲面的相交线为弧形曲线，以减小空气流经第一曲面和第二曲面的阻 力 。还公开了一种具有减阻功能的服装。本发明提供的具有减阻功能的流线型涡流发生器模拟自然界中的月牙形沙丘，在几何特征上没有尖 角 和薄壁结构，将具有减阻功能的流线型涡流发生器压印在服装上形成具有减阻功能的服装，提高用户穿着体验感和减阻效率。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种具有减阻功能的流线型涡流发生器，其特征在于，包括底面、第一曲面和第二曲面，底面、第一曲面以及第二曲面的边缘相交，第一曲面和第二曲面的相交线为弧形曲线，以减小空气流经第一曲面和第二曲面的阻力。 |
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| 说明书全文 | 具有减阻功能的流线型涡流发生器及服装技术领域[0001] 本发明属于运动服装减阻的技术领域，尤其涉及一种具有减阻功能的流线型涡流发生器及服装。 背景技术[0002] 现有运动技术中，功能性运动服装应用于各种比赛场合，并且为运动员提高比赛成绩和名次作出一定的贡献。基于流体力学中延迟流动分离可降低物体所受阻力这一基本原理，实现运动服装的空气动力学减阻设计。在高速竞技类项目的运动速度一般超过15m/s，直接对运动服装的面料表面进行微观修饰(例如纱线类型、织物走向等)即可获得良好的减阻效果。但是对于运动速度较低的跑步类项目，直接对面料表面进行微观修饰不能获得很好的减阻效果。 [0003] 针对以上的问题，现有运动类服装品牌推出了表面压印有改进Wheeler型涡流发生器的AeroSwift跑步类空气动力学减阻运动服装，但是，此类减阻运动服装还具有诸多问题。例如，改进Wheeler型涡流发生器在几何形状上具有尖角和薄壁结构，不易制作，其高度通常为2.5‑3.0mm，运动员穿着AeroSwift减阻运动服装时其手臂易与涡流发生器发生接触，影响运动员的穿着体验感；改进Wheeler型涡流发生器为非流线型涡流发生器，其所受到的形状和摩擦阻力较大；典型区域内需要压印数目较多的涡流发生器，这样会增加运动服的重量。 [0004] 因此，亟需设计一种具有减阻功能的流线型涡流发生器及服装，解决以上提到的减阻类服装在几何特征上具有尖角和薄壁结构，影响穿着体验感的问题。 发明内容[0005] 为解决背景技术中提及的现有减阻功能的服装在几何特征上具有尖角和薄壁结构，影响穿着体验感的技术问题，提供一种具有减阻功能的流线型涡流发生器及服装，以提高用户的穿着体验感。 [0006] 为实现上述目的，本发明的具有减阻功能的流线型涡流发生器及服装的具体技术方案如下： [0007] 一种具有减阻功能的流线型涡流发生器，包括底面、第一曲面和第二曲面，底面、第一曲面以及第二曲面的边缘相交，第一曲面和第二曲面的相交线为弧形曲线，以减小空气流经第一曲面和第二曲面的阻力。 [0008] 进一步，第一曲面为外凸弧形曲面，第二曲面为内凹弧形曲面。 [0009] 进一步，第一曲面的坡度小于第二曲面的坡度。 [0010] 进一步，底面的形状为月牙形。 [0011] 进一步，第一曲面和第二曲面相交的弧形曲线的顶点和底面的距离设定为高度H,H的取值范围为1.25mm至2.25mm。 [0012] 进一步，第一曲面和第二曲面相交后分别与底面相交形成第一顶点与第二顶点，第一顶点和第二顶点之间的距离设定为宽度W，W为4.8mm。 [0013] 进一步，第一曲面和底面相交后形成第三顶点，第三顶点和第一顶点之间的距离设定为长度L，L＝2H。 [0014] 本发明还公开了一种具有减阻功能的服装，包括服装本体，服装本体上设置有至少一个如以上所述的具有减阻功能的流线型涡流发生器。 [0015] 进一步，服装本体的表面上设置有至少两个布置区域，每个布置区域上设置有多个具有减阻功能的流线型涡流发生器。 [0016] 进一步，服装本体为长袖紧身运动上衣或短袖紧身运动上衣。 [0018] 进一步，服装本体为长袖紧身运动下衣或短袖紧身运动下衣。 [0019] 进一步，长袖紧身运动下衣或短袖紧身运动下衣设置有两个布置区域，每个布置区域内的具有减阻功能的流线型涡流发生器的分布置于下肢体迎风面靠近侧向的区域。 [0020] 进一步，每个布置区域上的具有减阻功能的流线型涡流发生器设置成多列分布，每一列中的相邻两个具有减阻功能的流线型涡流发生器之间的间距为25mm；相邻两列的具有减阻功能的流线型涡流发生器间距设置为0.26倍身体部位水力学直径。 [0021] 本发明的具有减阻功能的流线型涡流发生器及服装具有以下优点： [0022] 本发明提供的具有减阻功能的流线型涡流发生器模拟自然界中的月牙形沙丘，在几何特征上没有尖角和薄壁结构，将具有减阻功能的流线型涡流发生器压印在服装上形成具有减阻功能的服装，提高用户穿着体验感和减阻效率。附图说明 [0023] 图1为本发明的具有减阻功能的流线型涡流发生器的整体结构示意图； [0024] 图2为本发明的具有减阻功能的流线型涡流发生器主视图； [0025] 图3为本发明的具有减阻功能的流线型涡流发生器仿真实物图； [0026] 图4为本发明的具有减阻功能的流线型涡流发生器压印在服装面料上的实物图； [0027] 图5为本发明的具有减阻功能的流线型涡流发生器风洞试验模型图一； [0028] 图6为本发明的具有减阻功能的流线型涡流发生器风洞试验模型图二； [0029] 图7为本发明的具有减阻功能的服装布置方案示意图； [0030] 图8为本发明的具有减阻功能的流线型涡流发生器布置在服装上的方案示意图一； [0031] 图9为本发明的具有减阻功能的流线型涡流发生器布置在服装上的方案示意图二； [0032] 图10为本发明的具有减阻功能的流线型涡流发生器布置在服装上的方案示意图三； [0033] 图11为本发明的具有减阻功能的流线型涡流发生器布置在服装上的方案示意图四。 [0034] 图中标记说明： [0035] 1、第一曲面；2、第二曲面；3、第一顶点；4、第二顶点；5、第三顶点；6A、左臂布置区域；6B、右臂布置区域；7A、左侧腰腹部布置区域；7B、右侧腰腹部布置区域；8A、左腿布置区域；8B、右腿布置区域；9A、左侧短臂布置区域；9B、右侧短臂布置区域；9C、第一左侧腰腹部布置区域；9D、第一右侧腰腹部布置区域；10A、左侧大腿布置区域；10B、右侧大腿布置区域；11A、左侧手臂布置区域；11B、右侧手臂布置区域；12A、第二左侧腰腹部布置区域；12B、第二右侧腰腹部布置区域；13A、左侧腿部布置区域；13B、右侧腿部布置区域。 具体实施方式[0036] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 [0037] 下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。 [0038] 下面参照附图1至附图11描述本发明的具有减阻功能的流线型涡流发生器及服装。 [0039] 现有的汽车或航空领域大多使用涡流发生器来改善空气动力学特性或减小空气中的阻力。受到Wheeler型涡流发生器抑制机翼处流动分离技术的启发，将涡流发生器引用服装类表面，通过粘合剂或者热压印技术直接粘贴在面料表面，从而剪裁制作出合适的减阻运动服。 [0040] 各种体育赛事诸如跑步类、游泳类竞技体育项目，可由精确到几分之一秒的时间来决定比赛的胜负。对于高速竞技项目，其运动速度一般超过15m/s，直接对面料表面进行微观修饰(如纱线类型、织物走向等)即可获得良好的减阻效果。但对于速度较低(5‑11m/s)的跑步类项目，直接对面料表面进行微观修饰不能获得很好的减阻效果。本发明一些实施例提供的具有减阻功能的流线型涡流发生器，通过设置涡流发生器的外部轮廓以及排布方式，可以减小身着此类服装的运动员身上的阻力，从而降低空气中的阻力。 [0041] 当然，本发明一些实施例提供的具有减阻功能的流线型涡流发生器可以被用作运动员穿着的服装。例如，长袖紧身运动服装、半袖紧身运动服装、鞋类、头饰、手套等。还可以应用在与圆柱绕流减阻有关的建筑桥梁、海洋工程等领域，达到较好的减阻效果。对于本发明一些实施例提供的具有减阻功能的流线型涡流发生器的具体使用形式以及应用场景在此不做具体的限定。 [0042] 如图1和图2所示，本发明一些实施例提供的具有减阻功能的流线型涡流发生器包括底面、第一曲面1和第二曲面2。底面一般放置在需要固定的服装表面，或者需要减小阻力的区域，底面、第一曲面1和第二曲面2的边缘围设形成涡流发生器，第一曲面1和第二曲面2的相交处形成的轮廓线为圆弧线。由此，本发明一些实施例提供的涡流发生器在几何特征上没有明显凸起的尖角和薄壁结构，极大地减轻加工制作难度，而且，运动员穿着具有减阻功能的运动服装时其手臂易与涡流发生器发生接触，提高运动员的穿着体验感。 [0043] 具体的，具有减阻功能的流线型涡流发生器的底部设置在最底面，将具有减阻功能的流线型涡流发生器支撑在服装或者其他品类的物品上，粘贴在其上部，或者，还可以直接粘贴在人体上，并且第一曲面1、第二曲面2和底面形成的具有减阻功能的流线型涡流发生器的外部轮廓是减小空气中的阻力的最主要的因素。 [0044] 下面对于具有减阻功能的流线型涡流发生器的外形结构做详细阐述。 [0045] 具体的，具有减阻功能的流线型涡流发生器包括第一曲面1、第二曲面2和底面的边缘相交，第一曲面1和第二曲面2的相交线为弧形曲线，弧形曲线具有最高点。第一曲面1与第二曲面2和底面的相交处形成三个顶点，即第一曲面1和底面相交形成第三顶点5，第一曲面1与第二曲面2的相交处与底面相交形成第一顶点3和第二顶点4。从具有减阻功能的流线型涡流发生器的外部轮廓来看，外形结构没有明显凸起的尖角，且第一曲面1、第二曲面2和底面的边缘相交，因此外形结构没有薄壁结构，从而减小加工制作的难度。 [0046] 进一步，第一曲面1为外凸型弧形曲面，第二曲面2为内凹型弧形曲面，空气中的风力首先接触第一曲面1，通过第一曲面1流向第二曲面2，由此减小空气中的阻力。具体来说，外凸型弧形曲面是指朝向外侧凸起的具有弯曲弧度的曲面，内凹型弧形曲面是指朝向内侧凹陷的具有弯曲弧度的曲面。第一曲面1的坡度小于第二曲面2的坡度，此时空气中的风力经过第一曲面1的表面斜向上，流经第二曲面2的表面，由此风力经过具有减阻功能的流线型涡流发生器减小空气中的阻力。 [0047] 作为优选的实施例，具有减阻功能的流线型涡流发生器的外形结构为月牙形，模拟自然界中月牙形沙丘的外形结构。底面形如新月，底面两侧有顺风向延伸的两个翼，其纵剖面的两坡不对称，迎风坡凸面平缓，背风面坡度较陡。在本实施例中，第一曲面1坡度较缓，称之为迎风面，第二曲面2坡度较陡，称之为背风面。具有减阻功能的流线型涡流发生器可以由各个尺寸例如长度、高度和宽度来界定其具体的外形结构，以使具有减阻功能的流线型涡流发生器的结构类似于新月形沙丘的外形结构。 [0048] 进一步，具有减阻功能的流线型涡流发生器的特征尺寸由长度、宽度和高度来限定。其中，第一曲面1和第二曲面2相交的弧形曲线的顶点和底面的距离设定为高度H,H的取值范围为1.25mm至2.25mm。高度H在此取值范围内，具有减阻功能的流线型涡流发生器的减阻率较高。第一曲面1和第二曲面2相交后分别与底面相交形成第一顶点3与第二顶点4，第一顶点3和第二顶点4之间的距离设定为宽度W，W为4.8mm。第一曲面1和底面相交后形成第三顶点5，第三顶点5和第一顶点3之间的距离设定为长度L，L＝2H。当然，高度H、长度L以及宽度W的上述数值的组合能够使得具有减阻功能的流线型涡流发生器的减阻率较高，下面通过具体的实验分析做以详细的解释。 [0049] 如图3和图4所示，通过以上数据的选取，可采用两种方案来制作本发明优选实施例提供的具有减阻功能的流线型涡流发生器。第一种方案是采用树脂材料3D打印而成，通常此类型的具有减阻功能的流线型涡流发生器用于风洞试验。第二种方案是采用橡胶材料模具铸造后热压印在面料上的具有减阻功能的流线型涡流发生器实物，此类的具有减阻功能的流线型涡流发生器用于制作本发明又一实施例提供的具有减阻功能的服装，特别是运动服装。 [0050] 如图5和图6所示，通过树脂材料打印而成的具有减阻功能的流线型涡流发生器用于风洞试验，下面通过具体的实验数据详细阐述本发明一些实施例提供的具有减阻功能的流线型涡流发生器的减阻效率。具体的，本风洞实验中，通常以圆柱状物体为实验对象来测试本发明一些实施例提供的具有减阻功能的流线型涡流发生器，在圆柱状物体的表面包裹面料，并将本发明实施例提供的具有减阻功能的流线型涡流发生器以图5中所示角度α1和α2对称粘贴成四列，同一列相邻两个具有减阻功能的流线型涡流发生器之间的间隔为25mm。其中所示角度α1和α2设定两组实验数据。第一组实验数据为：α1为40°，α2为55°；第二组实验数据为：α1为55°，α2为70°。 [0051] 如图6所示，将上述两组实验数据分别粘贴在圆柱状物体的表面，图6中示出粘贴上述具有减阻功能的流线型涡流发生器的实物模型图。 [0053] [0054] 如表1所示，风洞实验结果表明，在相同布置条件下，本发明实施例提供的具有减阻功能的流线型涡流发生器的减阻效率比现有的Wheeler型涡流发生器减阻效率更高。本发明一些实施例提供的具有减阻功能的流线型涡流发生器在高度H＝2.25mm且分布角α1为55°，α2为70°时减阻效率最高，马拉松区的减阻率高达22.39％，短跑区的减阻率高达 19.53％。 [0055] 如图7所示，采用橡胶材料模具铸造后热压印在面料上的具有减阻功能的流线型涡流发生器实物用于制造本发明又一实施例提供的具有减阻功能的服装，下面通过具体的实验数据详细阐述本发明一些实施例提供的具有减阻功能的流线型涡流发生器在服装上的分布情况。 [0056] 本发明的实施例还提供一种具有减阻功能的服装，包括服装本体，服装本体上设置有至少一个具有减阻功能的流线型涡流发生器。服装本体的表面上设置有至少两个布置区域，每个布置区域上设置有多个具有减阻功能的流线型涡流发生器。 [0057] 具体的，在图7的放大窗口中示出了多个具有减阻功能的流线型涡流发生器的排布位置。多个涡流发生器在排布位置中，从图中可以看出，相距G1的两个具有减阻功能的流线型涡流发生器称为同一列，与此列平行设置的两列具有减阻功能的流线型涡流发生器，从图中由左至右依次称为第一列、第二列和第三列，第一列、第二列和第三列平行设置，第一列中包括两个具有减阻功能的流线型涡流发生器，第二列中包括三个具有减阻功能的流线型涡流发生器，第三列中包括两个具有减阻功能的流线型涡流发生器。当然，图7中仅示出了此种涡流发生器的排布情况，其他形式的涡流发生器的排布情况在此不做具体的限定。还可以设置为多列或者每列设置有相同或不同数量的具有减阻功能的流线型涡流发生器。 [0058] 作为优选的实施例，每一列中的相邻两个涡流发生器之间的间距为25mm，相邻两列具有减阻功能的流线型涡流发生器的间距G2设置为0.26倍身体部位水力学直径。水力学直径实际就是把一个异形截面积当作圆形截面来求直径，进而确定G2与身体部位的数值关系。 [0059] 本发明公开的实施例中，仅仅给出了上述具体数值的实施例，主要是针对特定类型的赛事中比赛的特定类型的运动员而推荐的具有减阻功能的流线型涡流发生器的间距和尺寸。因此，针对身体类型建议的布局可以是根据运动员的身高，身体围度以及四肢的长度等参数，还可以根据不同的运动类型进行布局，当然非专业运动员也可以使用上述具有减阻功能的服装，可以根据自身的参数对具有减阻功能的流线型涡流发生器进行布局，使其减阻效率最大化，满足人们运动的需要。 [0060] 针对跑步类的运动项目设计一种具有减阻功能的服装，服装包括服装本体，服装本体上设置有左臂布置区域6A、右臂布置区域6B、左侧腰腹部布置区域7A、右侧腰腹部布置区域7B、左腿布置区域8A以及右腿布置区域8B，通过上述布置区域，具有减阻功能的流线型涡流发生器设置于肢体迎风面靠近侧向的区域，侧向主要为外部轮廓和外界的风力相接触的一侧，使得多个布置区域的具有减阻功能的流线型涡流发生器最大程度地减小空气阻力。 [0061] 具体的，此类服装为紧身衣，通常根据季节的变化以及个人喜好可以将此类服装分为长袖紧身运动上衣或短袖紧身运动上衣，长袖紧身运动下衣或短袖紧身运动下衣。根据服装的长短可以分别设计布置区域的大小以及布置区域的个数，从而使得运动服装在空气中最大程度地降低空气阻力。 [0062] 如图8所示，图8示出短袖紧身运动上衣，短袖紧身上衣设置有四个布置区域，分别为左侧短臂布置区域9A，右侧短臂布置区域9B，第一左侧腰腹部布置区域9C和第一右侧腰腹部布置区域9D。当然，作为优选的实施例，左侧短臂布置区域9A和右侧短臂布置区域9B为对称设置，第一左侧腰腹部布置区域9C和第一右侧腰腹部布置区域9D为对称设置。 [0063] 具体的，左侧短臂布置区域9A和右侧短臂布置区域9B中的具有减阻功能的流线型涡流发生器的排布方向是以短袖紧身上衣的中心为中心对称设置。左侧短臂布置区域9A内的具有减阻功能的流线型涡流发生器的排布方向为第一曲面1靠近中心对称轴设置，右侧短臂布置区域9B中的具有减阻功能的流线型涡流发生器的排布方向为第一曲面1靠近中心对称轴设置。同样的，第一左侧腰腹部布置区域9C和第一右侧腰腹部布置区域9D的具有减阻功能的流线型涡流发生器的排布方向和左侧短臂布置区域9A与右侧短臂布置区域9B的排布方向相同。 [0064] 如图9所示，图9示出短袖紧身运动下衣，短袖紧身运动下衣设置有两个布置区域，分别为左侧大腿布置区域10A，右侧大腿布置区域10B。当然，作为优选的实施例，左侧大腿布置区域10A和右侧大腿布置区域10B为对称设置。 [0065] 具体的，左侧大腿布置区域10A和右侧大腿布置区域10B中的具有减阻功能的流线型涡流发生器的排布方向是以短袖紧身运动下衣的中心为中心对称设置。左侧大腿布置区域10A内的具有减阻功能的流线型涡流发生器的排布方向为第一曲面1靠近中心对称轴设置，右侧大腿布置区域10B中的具有减阻功能的流线型涡流发生器的排布方向为第一曲面1靠近中心对称轴设置。 [0066] 如图10所示，图10示出长袖紧身运动上衣，长袖紧身运动上衣设置有四个布置区域，分别为左侧手臂布置区域11A，右侧手臂布置区域11B，第二左侧腰腹部布置区域12A和第二右侧腰腹部布置区域12B。当然，作为优选的实施例，左侧手臂布置区域11A和右侧手臂布置区域11B为对称设置，第二左侧腰腹部布置区域12A和第二右侧腰腹部布置区域12B为对称设置。 [0067] 具体的，左侧手臂布置区域11A和右侧手臂布置区域11B中的具有减阻功能的流线型涡流发生器的排布方向是以长袖紧身运动上衣的中心为中心对称设置。左侧手臂布置区域11A内的具有减阻功能的流线型涡流发生器的排布方向为第一曲面1靠近中心轴设置，右侧手臂布置区域11B中的具有减阻功能的流线型涡流发生器的排布方向为第一曲面1靠近中心轴设置。同样的，第二左侧腰腹部布置区域12A和第二右侧腰腹部布置区域12B的具有减阻功能的流线型涡流发生器的排布方向和左侧手臂布置区域11A与右侧手臂布置区域11B的排布方向相同。 [0068] 如图11所示，图11示出长袖紧身运动下衣，长袖紧身运动下衣设置有两个布置区域，分别为左侧腿部布置区域13A，右侧腿部布置区域13B。当然，作为优选的实施例，左侧腿部布置区域13A和右侧腿部布置区域13B为对称设置。 [0069] 具体的，左侧腿部布置区域13A和右侧腿部布置区域13B中的具有减阻功能的流线型涡流发生器的排布方向是以长袖紧身运动下衣的中心为中心对称设置。左侧腿部布置区域13A内的具有减阻功能的流线型涡流发生器的排布方向为第一曲面1靠近中心轴设置，右侧腿部布置区域13B中的具有减阻功能的流线型涡流发生器的排布方向为第一曲面1靠近中心轴设置。 [0070] 长袖紧身运动上衣和短袖上衣的布置区域的区别在于四肢的迎风面需要布置具有减阻功能的流线型涡流发生器，以使运动员身着具有减阻功能的服装最大程度地减小空气中的阻力。 [0071] 进一步，上述的服装本体一般为针织面料或其他面料制作成的运动服装，具有减阻功能的流线型涡流发生器通过3D打印技术直接印刷在服装面料上，也可以通过粘接等方式将具有减阻功能的流线型涡流发生器设置在所需要减阻的物品上。对于具有减阻功能的流线型涡流发生器的固定方式在此不做具体的限定。 [0072] 本发明提供的具有减阻功能的流线型涡流发生器模拟自然界中的月牙形沙丘，在几何特征上没有尖角和薄壁结构，将具有减阻功能的流线型涡流发生器压印在服装上形成具有减阻功能的服装，提高用户穿着体验感和减阻效率。 |
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