具有可定向的涡流发生器的空气动力学系统

摘要

本发明涉及一种用于机动车辆的空气动力学系统(1)，包括至少一个通过产生周期性空气喷流(15)而生成涡流的涡流发生器(2)，所述至少一个涡流发生器能够布置在车辆的至少一个车身元件(4)的至少一个分离区域(9)的下游，所述分离区域(9)生成包括剪切层(8)和主回流旋涡(5)的旋涡区域(3)，所述空气动力学系统的特征在于，所述涡流发生器(2)包括至少一个可定向的喷嘴(6)，所述可定向的喷嘴能够在与所述剪切层(8)不同的平面中生成旋涡(7)，所述旋涡沿着限定方向向着所述剪切层(8)和所述主回流旋涡(5)移动。

说明书

技术领域

本发明涉及用于机动车辆的空气动力学系统。

背景技术

运动中的机动车辆承受阻碍其前进的不同的力。这些力尤其是车轮与地面接触时产生的固体摩擦力和空气动力，空气动力一方面是由于空气在车辆车身壁上的摩擦造成的，另一方面是由于主要在车辆前部和后部施加的压强值造成的。

在高速下，这些空气动力变得相对于其它力是占主导地位的，并对于车辆能耗起到大的作用。一部分空气动力是由空气在车辆后部的分离、再循环和纵向旋涡产生的负压生成的。

正是因为这个原因所以机动车辆通常配备有空气动力学系统，这些空气动力学系统旨在方便空气在车辆车身部件附近流动、更准确地说旨在避免导致能量损失、因此导致增大车辆能耗的湍流。

已知这些湍流可能会在由车辆车身部件的入射中断处(ruptures d’incidence)标出的分离区域中生成。这些中断处(也被称作后缘或分离线)对应于所述部件的形状中断处(轮廓改变、突出形状、部件终端部),这些形状中断处导致空气流相对于壁的入射中断。这些分离区域在下游生成旋涡区域，在这些旋涡区域中，在车辆行驶时产生负压。该旋涡区域包括剪切层和主回流旋涡。这样的区域例如存在于由车顶与尾门上部之间的横向连接件形成的车辆后上端部的附近，或后门窗洞立柱附近或后保险杠下部处或后保险杠侧端部处。旋涡(即负压)区域也可存在于由车顶与挡风玻璃上部之间的横向连接件形成的车辆前上端部附近，前门窗洞立柱、前或后翼子板、或围绕前轮或后轮通道的车身部件的附近。

为了改善这些旋涡区域中的、尤其是在车辆后部的空气流动，寻求通过调整尾门或车顶的形状而使得这些后缘变薄或延长。传统的系统主要由在车辆后部布置在这些区域中的扰流板、翼片或导流板构成。

然而，这些部件不能使得湍流完全消失，并且从美观视角看是相对有限制性的。

例如由文献EP1740442B还已知这样的空气动力学装置，这些空气动力学装置由一个或多个翼部构成，所述翼部形成至少一个涡流发生器并一般布置在机动车辆车身元件的分离线上游。这些翼部最经常是能在收起位置与突出位置之间移动的，在突出位置中，翼部作用于围绕车辆车身元件生成的旋涡结构。

然而，这样的装置遇到体积、外观和在车身元件上集成的问题。例如，翼部在某些条件下一定必须收起，这就要求必须有翼部活动性的复杂技术方案。

而且，如果说这些具有翼部的系统在分离区域的角度小的时候是相当合适的，那么这些系统在该角度大时则不是合适的。该角度是由车身部件的形状中断处限定的角度，例如形成在车顶与后窗之间的角度。

例如由文献EP 1 873 044还已知一种用于限制剪切层中的损失而不因此对车身部件强制要求特殊形状的空气动力学系统。这样的系统包括布置在车辆分离区域附近的机电装置。这些装置能够将电转换成允许产生周期性空气喷流的压力波。该喷流允许减少在剪切层中产生的结构并减小在下游产生的旋涡的强度。

然而，这样的解决方案要想有效就需要非常精确的定位，并且难以适应于不同类型的车辆和/或车辆的不同行驶速度。

发明内容

本发明的目的在于通过提供一种空气动力学系统来解决这些缺陷，该空气动力学系统更加有效，但不因此给车身部件强制要求特殊形状，同时无论空气分离区域的角度如何都保持效率。

由此，本发明的主题涉及一种用于机动车辆的空气动力学系统，该空气动力学系统包括至少一个通过产生周期性空气喷流而生成涡流的涡流发生器，该涡流发生器能够被布置在车辆的至少一个车身元件的至少一个分离区域的下游，所述分离区域生成包括剪切层和主回流旋涡的旋涡区域。涡流发生器包括至少一个可定向的喷嘴，所述可定向的喷嘴能够在与剪切层不同的平面中生成旋涡，所述旋涡沿着限定方向向着剪切层和主回流旋涡移动。

根据本发明的系统可布置在车辆的任何车身部件上和任何类型的车辆上。此外，该系统在分离区域的角度大时也是合适的。

根据本发明，可定向的喷嘴可以能够生成被主旋涡带动的旋涡。

可定向的喷嘴优选地能够将空气喷流引导到剪切层和主回流旋涡之间的交界处或该交界处的大致上游。

根据一个实施方式，可定向的喷嘴包括旋转装置，该旋转装置用于围绕大致平行于剪切层宽度的轴线旋转。

有利地，可定向的喷嘴包括至少一个缝，能够生成所述旋涡的空气喷流从该缝中出来，针对车辆的给定速度根据剪切层的结构来限定所述缝的尺寸和/或形状。

可定向的喷嘴可以是可定向的使得能够根据车辆类型自我调整。可定向的喷嘴也可以是可定向的使得能够在行驶过程中根据所述车辆的速度或车辆的姿态(l’assiettedu véhicule)的变化而自我调整。可定向的喷嘴也可适于通过围绕所选择的方向的振荡而生成周期性空气喷流。

根据本发明，涡流发生器可包括能够周期性地将空气送入扩散器中的振动装置，可定向的喷嘴铰接地安装在该扩散器上，通过封闭扩散器的壳体来使该扩散器密封。

优选地，涡流发生器能够按大致高于剪切层中的旋涡传输主频率的频率生成空气喷流。

根据一个实施例，振动装置包括能够将电转换成振动波的机电装置。这些机电装置可包括包覆成型在车辆车身部件上的膜。

有利地，所述系统可包括操控构件，所述操控构件用于操控喷嘴出口处的空气喷流速度、生成空气喷流的频率和喷嘴出口处的空气喷流的取向。

根据一个实施例，所述系统可包括喷嘴组，针对车辆的给定速度根据剪切层的结构来限定喷嘴的每个缝的尺寸和/或可定向的喷嘴的数量。

本发明还涉及一种由机动车辆车身部件和至少一个根据本发明的空气动力学系统构成的组件。

该车身部件优选地布置在车辆的入射中断区域中。

该车身部件可从包括以下部件的集合中选择：前或后门窗洞立柱、后视镜、顶板、尾门、后扰流板(becquet arrière)、翼子板、围绕轮子的外部部件，诸如挡泥板或翼子板延伸部(extension d’aile)。

最后，根据本发明的组件可包括空气动力学系统组。

附图说明

阅读示例性地提供并绝无任何限制性的附图，将更好地理解本发明，在附图中：

图1是根据本发明的空气动力学系统的一个实施方式及其工作情况的示意图；

图2示意性地示出机动车辆后扰流板处的空气流动；

图3示出位于机动车辆后扰流板处的根据本发明的空气动力学系统的工作情况；

图4示出根据本发明的空气动力学系统的一个实施例；

图5A和5B显示出根据本发明的空气动力学系统的一个实施例的截面。在图5B中，喷嘴相对于图5A的喷嘴以30°的角度定向。

具体实施方式

现在参照图1、2和3，这些图示出一个根据本发明的用于机动车辆的空气动力学系统例子1以及其工作情况。

该系统1包括至少一个借助于产生周期性空气喷流15而生成涡流的涡流发生器2，该涡流发生器能够布置在车辆的至少一个车身元件4的至少一个分离区域9的下游。该分离区域在下游(在空气流动方向上，即从车辆的前部向着车辆的后部)生成包括剪切层8和主回流旋涡5的旋涡区域3。涡流发生器2包括至少一个可定向的喷嘴6，该喷嘴能够在与剪切层8不同的平面中(在入射到剪切层的平面中)生成向着剪切层8和主回流旋涡5的方向的旋涡7。

“周期性空气喷流”指这样的喷流的集合：这些喷流随着时间的推移按照给定频率生成，其速度变化。空气喷流的产生可仅通过吹气来实现，仅通过吸气来实现，通过吹气和吸气来实现，或通过振荡、即通过喷嘴取向角度的变化(这说的是围绕给定位置振荡的喷嘴)来实现。由此，涡流发生器2适于通过相继的吹气、相继的吸气或吹气和吸气的周期性组合而周期性地产生空气喷流。

参照图2说明空气在运动中的车辆的后部的流动。

空气在分离区域9(例如后扰流板)处遭到分离。在该分离之后形成向着车辆后部延伸的剪切空气层10。这些层10形成剪切层8，这是因为该层上部中的空气速度v+高于该层下部中的空气速度v-。

在该剪切层8下方产生了导致主回流旋涡5的负压。

由于速度v+、v-之间的差别，在距离分离区域9一定距离处，在剪切层8中出现了旋涡11。这些旋涡11于是破坏剪切空气层10的结构，这限制了主回流旋涡5中的压强下降。

层10与主回流旋涡5相互作用，在该中央旋涡5中产生压强降低。当主回流旋涡5中的压强小时，车辆后部的空气动力增大，因此车辆的消耗升高。因此寻求增大主回流旋涡5的压强。

为此，期望尽早地(即最接近分离区域9地)破坏空气层10的结构。换句话说，期望在剪切层8中形成旋涡11处的上游破坏空气层10的结构。

为此且如图3所示，使用根据本发明的系统1，将其调节成在与在剪切层8中产生的旋涡不同的平面中生成向着车辆上空气流动的方向、即向着车辆后部的旋涡7，该旋涡同时向着剪切层8和主回流旋涡5的方向。

如果将剪切层8视为沿着方向x流动，并具有在方向y上的宽度，则喷嘴6可通过围绕大致平行于方向y的轴线旋转而可定向。喷嘴6也可通过围绕大致垂直于轴线x和y的轴线z旋转而可定向。根据图1至4的例子，喷嘴6围绕大致在车辆的Y方向上的轴线是可定向的。

根据本发明的系统1允许在限定的最优方向上并围绕该方向生成空气喷流15，旋涡7将围绕该空气喷流而形成。这些旋涡7沿着该最优方向移动。该最优方向能够使得该系统比现有系统更加有效。

最优方向是这样的方向：该方向允许围绕从喷嘴出来的空气喷流15生成并沿着该空气喷流15移动的旋涡7被主回流旋涡5带动。

此外，优选的是，这些旋涡7快速地进入剪切层8中，而不是在主旋涡5的大部分上被带动。

由此，最优方向优选地是这样的方向：空气喷流沿着该方向到达剪切层8和主回流旋涡5之间的交界处或该交界处的略微上游。

根据行驶条件，沿着最优方向的空气喷流15切向地到达剪切层8。根据其它行驶条件，沿着最优方向的空气喷流15与剪切层8相交。

为了进一步改善系统1的效率，系统1允许生成这样的结构(旋涡7或旋涡组)：这些结构的形式和生成频率允许更好地破坏剪切层8的结构。这些结构(旋涡7或旋涡组)的优化通过改变喷嘴的大小和/或喷嘴的数量以及空气喷流生成频率来实现。

可定向的喷嘴6包括缝，能够生成向着剪切层8的方向的旋涡的空气喷流15从该缝出来。“缝”是指整体呈细长形状的开孔。缝包括多个尺寸。将这些尺寸中最大的那个称为缝的长度。

该缝的尺寸根据剪切层8的结构来限定。更准确地说，该缝的尺寸、尤其是长度根据在分离线9下游所生成并在剪切层8厚度中传播的旋涡11的频率和大小并且对于车辆的给定速度来限定。根据在图中示出的例子，该缝平行于车辆的轴线Y。根据其它实施方式，该缝可具有其它取向。该缝尤其可平行于车辆的轴线Z。

优选地，系统1包括多个可定向的喷嘴6。在该情况下，喷嘴6的每个缝的尺寸和/或可定向的喷嘴6的数量根据剪切层8中的旋涡11的频率和在分离线9紧下游的剪切层8的厚度(在大致沿车辆Z向的方向上的厚度)并对于车辆的给定速度来限定。

系统1的数量也取决于系统1沿着车辆的轴线Y的尺寸和车身部件4的尺寸、因此取决于剪切层8的宽度。实际上，为了遵循车身部件4的轮廓，可能会需要增加系统1。因此，该系统的数量是减小系统1尺寸和系统数量(组装复杂性和成本)之间的折中。可例如使用多个4cm的系统以贴合2m宽的扰流板的轮廓。

例如，旋涡的频率越大，缝就会越大和/或系统1就会包括越多的喷嘴6，并且剪切层的厚度越大，缝就会越大和/或系统1就会包括越多的喷嘴6。

由此，每个喷嘴6不仅是可定向的，而且还由于对缝的尺寸和形状的调整而可适应于分离宽度和剪切层8的结构。

根据图4的实施方式，涡流发生器2包括能够周期性地将空气送入扩散器13中的振动装置12，可定向的喷嘴6在该扩散器上安装成能在两个角度位置(最小位置和最大位置)之间旋转运动。由扩散器13和壳体14构成的组件构成围绕喷嘴的密封盒体。

振动装置12能够按给定频率、例如在剪切层8中出现旋涡11的频率生成空气喷流15。旋涡7则围绕空气喷流15在空气喷流15的方向上生成。

根据一个实施方式，振动装置12包括能够将电转换成振动波的机电装置。优选地，这些机电装置包括膜17，该膜包覆成型在车辆车身部件中或能够集成到该部件内的盒体中。

机电装置包括例如扬声器18。机电装置也可包括压电装置，例如包覆成型在车身部件中或单独盒体中的塑料压电膜。

机电装置可通过半导体膜的包覆成型来获得。

机电装置可包括电活性聚合物，其优选的形式为包覆成型在车身部件中的介电弹性体膜。

可定向的喷嘴6由旋转装置19进行角度致动，该旋转装置用于围绕大致在车辆的Y向、可能地在Z向上的轴线旋转。该旋转装置19能够使喷嘴6相对于剪切层8和主回流旋涡5在预定角度范围中倾斜。该角度范围(见图1)能够使空气喷流15沿着前述最优方向取向。图5A和5B显示出了一个根据本发明的空气动力学系统的实施例的截面。在图5B中，喷嘴相对于图5A的喷嘴以30°的角度取向。

根据一个实施方式，系统1包括操控构件20，该构件用于操控喷嘴6出口处的空气喷流15的速度、生成空气喷流15的频率和喷嘴出口处的空气喷流15的取向。

速度和频率能够管理旋涡7的结构和大小。

操控构件20可根据以下方式中的至少一个来工作：

根据第一实施方式，系统1的喷嘴6的取向角度、空气喷流15的产生频率、和空气喷流15的速度对于给定车辆的给定配置预先确定和预先调节。可例如使用这样的配置：该配置对应于经济工作模式的最大速度。系统1之后不再是可调节的，被称为是静态的，与以下的动态模式相对。

根据第二实施方式，系统1在这样的意义上是动态的：喷嘴6的取向角度和空气喷流15的生成频率以及空气喷流15的速度可根据车辆的使用而改变。允许这种改变的程序设计可在研发中通过在不同配置下的行驶测试而预先建立，所述行驶测试允许建立行为法则。

根据第三实施方式，系统1是智能的：该系统仅根据车辆类型、驾驶风格和行驶条件来设定参数。由此，喷嘴6的倾斜度在行驶过程中被调节，以使得空气喷流15总是沿着最优方向取向。喷嘴6因此根据例如车辆速度的变化而自我调整。空气喷流15的速度和空气喷流15的频率也在行驶条件(诸如车辆姿态)每次改变时被限定。

总而言之，根据本发明的空气动力学系统1包括不同的调节装置，它们允许在最接近分离线处破坏剪切层8的结构，这些调节装置用于调节：

-喷嘴的取向(静态运行、动态运行或围绕最优方向振荡运行)；

-喷嘴的缝的取向；

-缝的形状、尺寸；

-空气喷流的速度；

-空气喷流的频率。

本发明还涉及一种由机动车辆车身部件4和根据本发明的空气动力学系统1构成的组件21。

该车身部件4被布置在车辆的入射中断区域中，优选地从包括以下的集合中选择：前或后门窗洞立柱、后视镜、顶板、尾门、后扰流板、翼子板、围绕轮子的外部部件(诸如挡泥板或翼子板延伸部)。

根据一个优选的实施方式，组件21包括多个根据本发明的系统1，这些系统以不连续的方式布置，其数量取决于分离区域9的曲率半径。

根据一个例子，车身部件4是后扰流板，并且空气动力学系统1在车辆的整个宽度上分布在该扰流板上。