AT512885A1 - Verfahren und Vorrichtungen zur Beeinflussung der Stromlinien - Google Patents

Abstract

Die neue Erfindung betrifft technische Verfahren und Vorrichtungen, die die Stromlinien in einer Gasströmung 21 verändern, wenn sich ein Körper 10 oder Geräuschquelle in einem Gasgemisch befindet und mit einer Relativgeschwindigkeit umströmt wird. Am Körper werden an bestimmten Stellen Elektroden in Segmente aufgeteilt befestigt und mit einer variablen Hochspannung 12 als Gleichspannung angelegt. Die Lage der verschiedenen Kathoden- 14 und Anodensegmente 13 zusammen mit wechselbarer Polarität, ermöglicht die Erzeugung eines lonenwindes. Durch diese Ionen- und Luftmolekülbewegung wird gezielt der Weg der Strömungslinien beeinflusst, ohne die äußeren Abmessungen des Körpers zu verändern. Diese technische Veränderung der Stromlinien bewirkt bei einem beliebig geformten Körper, die Veränderung des Luftwiderstandes und die Ausbreitung von Geräuschen, je nachdem, ob eine Vergrößerung oder Verkleinerung in der Anwendung gefordert wird.

Description

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft technische Verfahren und Vorrichtungen, die die Stromlinien in einer Gasströmung verändern, wenn sich ein beliebiger Körper in einem Gasgemisch befindet und mit einer Relativgeschwindigkeit umströmt wird.

Aus dem Stand der Technik sind für die Erfindung drei wichtige Begriffe bekannt:

Stromlinien sind die Kurven aus der Strömungslehre im Geschwindigkeitsfeld einer Strömung, deren Tangentenrichtung mit den Richtungen der Geschwindigkeitsvektoren übereinstimmen. Sie vermitteln einen anschaulichen Eindruck des momentanen Strömungsfeldes und weisen auf problematische Strömungsgebiete hin.

Der Staupunkt ist jener Punkt auf der Oberfläche eines angeströmten Körpers, an dem das strömende Fluid theoretisch senkrecht auftrifft. Die kinetische Energie der Strömung wird im Staupunkt in Druckenergie umgewandelt.

Der Ablösepunkt aus der Aerodynamik definiert jenen Punkt auf der umströmten Körperoberfläche, bei dem sich die Strömung von der Körperoberfläche ablöst und Wirbel bildet.

Aus der Patentschrift US 2011/0272531 Alist bekannt, wie die Grenzschicht am Profilkörper beeinflusst wird. Dabei kann auch durch Anordnung von mehreren Kathoden und Anoden in Serie die Grenzschicht beeinflusst werden, um den Luftwiderstand zu reduzieren.

Diese Anordnung hat den Nachteil, dass weder Stau- noch der Ablösepunkt gezielt in seiner Lage verändert wird. Das bedeutet, dass die Lage des Ablosepunktes auch in eine ungünstige Position verschoben werden könnte. Diese Verschlechterung des Luftwiderstandes erfolgt immer dann, wenn genau bei der Position der angebrachten Elektroden die Feldlinien von der Körperoberftäche Weggehen, und nicht wie gewünscht anliegen sollten.

Im Gegensatz zur erfindungsgemäßen Lösung beschreibt die Patentschrift US 2011/0272531 Al nur Lösungen zur Reduzierung des Luftwiderstandes.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, Stromlinien um einen beliebig geformten Körper zu beeinflussen, damit der Luftwiderstand und oder die Ausbreitung von Geräuschen, je nach geforderter Anwendung, vergrößert oder verkleinert wird.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Zusätzlich wird eine Vorrichtung offenbart.

Die Figuren zeigen:

Figur 1 zeigt eine Flügelanordnung mit Anströmung parallel zur Flügelsehne.

Figur 2 zeigt die Strömungsverhältnisse bei einem Anstellwinkel.

In Figur 3 ist die Elektrodenanordnung abgebildet.

Figur 4 zeigt ein Ausfiihrungsbeispiel mit einem strömungstechnisch kantigen Körper im Querschnitt,

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Im Folgenden wird die Erfindung an Hand der Figuren ausführlich beschrieben:

Figur 1 zeigt schematisch einen Tragflügel 10 im Querschnitt mit einer Relativgeschwindig-keit 21 parallel zur Profilsehne 17 und den dazugehörigen Stromlinien 16. Der dargestellte Tragflügel 10 kann auch jeder beliebige Körper mit strömungstechnisch ungünstigen Kanten sein. Die Lage des Staupunktes 22 und Ablösepunktes 15 zeigt, dass auch bei hoher und gerader Luöanströmung 21 Luftwirbel 18 entstehen. Die Lage des Staupunktes 22 und Ablösepunktes 15 ist in seiner Größenordnung schematisch eingezeichnet.

Figur 2 zeigt schematisch bei einer Veränderung des Anstellwinkels in plus (nach oben) Richtung, eine Verschiebung des Stau- und Ablösepunktes 22, 15. Die Anzahl und Stärke der Wirbel 18 hinter dem Ablösepunkt 15, in Richtung der Luftströmung, werden dabei erhöht. Eine Verschiebung dieser kritischen Punkte, kann auch eine negative (nach unten) Veränderung des Anstellwinkels 19 bewirken.

Figur 3 zeigt schematisch ein Ausfuhrungsbeispiel mit einer Vielzahl von Elektroden als Apoden 13 die in Form von dünnen elektrisch leitenden Drähten oder Kanten von dünnen Folien in der Nähe des Staupunktes 22 am Tragflügel 10 in Segmenten parallel angebracht sind. Eine Vielzahl von Kathoden 14 in Form von dünnen elektrisch leitenden Folien sind in der Nähe des zu erwartenden Ablösepunktes angebracht. Eine regelbare Hochspannungsvorrichtung 12 mit Gleichspannung ist mit den angebrachten Elektroden verbunden. Diese Vorrichtung 12 kann in Abhängigkeit von der Luftanströmrichtung 21 verschieden Anoden 13 und Kathoden 14 gleichzeitig oder in Kombination einzelne Segmente mit einer regelbaren Hochspannung versorgen. Diese angelegte Hochspannung erzeugt nach dem Stand der Technik einen variablen Ionenwind in Strömungsrichtung von den Anoden 13 zu den Kathoden 14 und beeinflusst entscheidend die Form der Stromlinien. Dieser Ionenwind kann auch dann erzeugt werden, wenn die Polarität bei den Elektroden geändert wird.

Figur 4 zeigt schematisch und übertrieben ein Ausfuhrungsbeispiel mit einem strömungstechnisch ungünstigen und kantigen Körper 20 im Querschnitt. Auch bei diesem Körper sind, wie bei Figur 3, eine Vielzahl von Anoden 13 und Kathoden 14 angebracht und mit einem regelbaren Hochspannungsgerät 12 verbunden. Dabei sind nur die Anoden 13 in Segmente einzeln oder zusammen wählbar miteinander verbunden und sinngemäß auch die Kathoden 14. Durch den erzeugten Ionenwind werden die Stromlinien in ihrer Form verändert. Zwei Beispiele der Feld- und Stromlinien in Überlagerung 23 sind je nach Einstellung der Polarität und Auswahl der Anoden schematisch dargestellt, ln Abhängigkeit der Luftanströmrichtung 21 können entweder die vorderen oder die hinteren Anoden 13 gleichzeitig oder in Kombination in Segmente einzeln mit Hochspannung versorgt werden. Dabei wird der Ionenwind 23 mit oder gegen die Richtung der Luftströmung 21 zum Körper bewegt, um den Luftwiderstand oder die Ausbreitung von Schallwellen zu verkleinern oder, je nach Anwendung gefordert, zu erhöhen.

Der Befestigung der Anoden 13 und Kathoden 14 wie in Figur 4 dargestellt, sowie die Aus-wahlmöglichkeit ob die vorderen oder hinteren Anoden aus der Sicht der Luftströmung 21 mit Hochspannung versorgt werden, kann sinngemäß auch auf einem Tragflügel 10 erfolgen. Die elektrische Schaltung der Anoden 13 und Kathoden 14 entweder auf Segmente einzeln oder in Kombination mit einzelne Segmente gleichzeitig, oder alle zusammen, sind möglich. Die Befestigung der Anoden 13 und Kathoden 14 können auch unten am Tragflügel 10 oder an jede andere beliebige andere Stelle erfolgen.

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Die strömungstechnisch günstige Profilform 10, kann einerseits durch verändern der Stromlinien seinen bereits ohnehin kleinen Luftwiderstand weiter verkleinern und anderseits je nach Variation der Hochspannung vergrößern, ohne die äußere Geometrie der Profilform sichtbar zu verändern. Im Gegensatz dazu wird bei einem strömungstechnisch ungünstigen Körper 20 mit Kanten durch den erzeugten Ionenwind und Variation der Hochspannung den bereits hohen Luftwiderstand noch weiter in Richtung eines ungünstigen Luftwiderstandes vergrößern oder verkleinern. In beiden Fällen von unterschiedlichen Körperfbrmen kann immer jener Stromlinienzustand technisch erzeugt werden, wann immer dieser in der Anwendung auch gebraucht wird, wie beim Beschleunigen oder Verzögern von Körpern. Die einzelnen lokalen Veränderungen der Luftströmungen beeinflussen zusammen die Widerstands- und Auftriebs-beiwerte.

Die Veränderung von Feld- und Stromlinien in Überlagerung durch den erzeugten Ionenwind kann auch die Ausbreitung von Geräuschen beeinflussen. Die Schallwellen breiten sich durch kleinste Druck- und Dichteschwankungen in Gasgemische aus. Durch den erzeugten Ionenwind werden die Schallwellen in ihrem Druck- und Dichteverhalten verkleinert oder vergrößert. Der Klang und der Ton von Geräuschen, wie er von Menschen mit dem Gehör wahrgenommen wird, kann in seiner Intensität damit technisch verkleinert und vergrößert werden, ohne die Geräuschquelle selbst zu beeinflussen oder zu verändern. Der Abstand der Geräuschquellen zu den Feldlinien ist von großer Bedeutung. Der Einfluss von Luftlinien und Feldlinien in Überlagerung hat keine Bedeutung, wenn die Geräuschquelle entlang dieser Linien verschoben liegt.

Die durch diese Erfindung erzielbaren Vorteile liegen in folgenden Aspekten:

Der wesentliche Vorteil der Erfindung liegt darin, dass ohne Veränderung der äußeren Abmessungen eines Körpers, der sich in einem Gasgemisch befindet und mit einer Relativgeschwindigkeit umströmt wird, die Stromlinien durch den erzeugten Ionenwind verschoben werden. Diese technische Veränderung der Stromlinien bewirkt bei einem beliebigen Körper, die Veränderung des Luftwiderstandes und die Ausbreitung von Geräuschen, je nach dem, ob eine Vergrößerung oder Verkleinerung in der Anwendung gefordert wird.

Die Verbesserung des Luftwiderstandes erfolgt durch gezieltes Umleitung der Stromlinien in ihren Strömungswegen, damit aus der Sicht der Luftströmung einerseits der Staupunkt beim Tragflügel vorne in eine günstige Position verschoben und anderseits der Ablösepunkt beim Flügel zur hinteren Flügelkante verändert wird. In beiden Fällen wird das Strömungsverbalten soweit beeinflusst, dass die Stromlinien länger an der Flügeloberfläche anliegen.

Die Verschlechterung des Luftwiderstandes kann ebenfalls durch gezieltes verändern der Luftlinien erfolgen, je nach dem, ob technisch ein erhöhter oder verkleinerter Widerstand in der Anwendung gefordert wird. Auch durch Wechsel der Polarität bei den Elektroden kann dieser Einfluss angewendet werden.

Der Einfluss auf die Luftlinien kann auch zur Veränderung der Geräuschentwicklung eingesetzt werden. Die Anwendung auf den Luftwiderstand oder der Geräuschveränderung kann getrennt oder gleichzeitig erfolgen.

Die gezielte Bewegung von Ionen und Molekülen kann auch zur Erzeugung einer Reiativge-schwindigkeit verwendet werden. Das heißt, die Relativbewegung zwischen Körper und Gasgemisch kann auch als Antrieb dienen, ähnlich wie beim Raketenantrieb.

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Claims (3)

1. • 4 4 4 4 4 4 9 4 4 4 ·

   44 444 4 4 4 4 » · 44 444 44 4444 9 4 4 Ansprüche 1. Verfahren zur technischen Beeinflussung von Stromlinien, wenn sich ein beliebig geformter Körper in einem Gasgemisch befindet und mit einer Relativgeschwindigkeit uraströmt wird und zur Erzeugung eines Ionenwindes dieser Körper mit befestigten Kathoden und Anoden vorliegt, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Elektroden eine variable Hochspannung 12 anliegt und eine Beschleunigung der Luftmoleküle erfolgt, wobei diese Beschleunigung den Staupunkt 22 und den Ablösepunkt 15 am Körper 10 verschiebt, ohne dabei die äußeren Abmessungen zu verändern, sowie die elektrischen Schaltungen der Anoden 13 und Kathoden 14 entweder auf Segmente, einzeln oder in Kombination mit einzelnen Segmenten gleichzeitig, oder alle zusammen, oder die Polarität wechselt, damit sich die Form der Feld- und Stromlinien überlagert 23 und den Ionenstrom verändert, damit der Luftwiderstand und oder die Ausbreitung von Geräuschen, je nach geforderter Anwendung, vergrößert oder verkleinert wird.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1 zur technischen Beeinflussung von Stromlinien, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Lage der Anoden 13 mit einer Vielzahl von Segmenten nebeneinander am Körper 10, mit elektrisch leitendem Material wie Drähte oder Kanten von Folien in der Nähe des Staupunktes 22 angebracht sind, und eine Vielzahl von Kathoden 14 in Form von elektrisch leitenden Folien in der Nähe des zu erwartenden Abtösepunktes aus der Sicht der Luftströmung 21 angebracht sind, und zwischen den Anoden 13 zusätzlich Kathoden 14 angebracht sind, und je nach Schaltungen der Elektroden vom Hochspannungsgerät 12 der lonenwind mit oder gegen die Richtung der Luftströmung 21 strömt, damit sich die Form der Feld- und Stromlinien 23 verändert, damit der Luftwiderstand und oder die Ausbreitung von Geräuschen, je nach geforderter Anwendung, vergrößert oder verkleinert wird.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass durch die angelegte variable Hochspannung 12 zwischen den Elektroden 13 und 14 eine gezielte Bewegung von Ionen, Atomen und Molekülen im Gasgemisch ermöglicht, damit eine Rela-tivgeschwindigkeit zwischen einem beliebig geformter Körper und Gasgemisch entsteht, um als Antrieb zu dienen.