DE3534268C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine zur Vermeidung von Strömungsablösungen ausgebildete Oberfläche eines umström­ ten Körpers mit einer Vielzahl von Elementen, die aus der Ebene der Oberfläche heraus in die Strömung einragend vor­ gesehen sind und eine solche Gestalt aufweisen, daß unter Durchmischung in einer Grenzschicht der wandnahen Grenz­ schicht Energie zugeführt wird.

Die Strömung auf der Heckseite von umströmten Körpern neigt zur Ablösung von der Oberfläche. Das führt zu stark erhöhtem Strömungswiderstand. Strömungsablösung tritt je­ doch nicht nur am Heck von stumpfen Körpern, z. B. Autos, auf, sondern auch an Tragflügeln bei hohen Anstellwinkeln. Durch Vermeidung von Strömungsablösung kann also nicht nur Widerstand gespart werden, sondern auch der Auftrieb von Tragflügeln erhöht werden. Strömungsablösung tritt auf, wenn die Umströmung eines Körpers mit einem so starken Druckanstieg (= starker positiver Druckgradient) verbunden ist, daß die durch Reibung abgebremste Strömung in der Nähe des Körpers (Grenzschicht) nicht mehr genügend kine­ tische Energie aufweist, um den bei anliegender Strömung sich enstellenden Druck (potentielle Energie) an der Heckseite des Körpers aufzubauen.

Bei einer bekannten Oberfläche der eingangs beschriebenen Art sind aus der Ebene der Oberfläche heraus in die Strö­ mung einragende Elemente fest vorgesehen, um die energie­ reiche äußere Strömung mit der abgebremsten Strömung in der Nähe der Oberfläche besser zu durchmischen und da­ durch der wandnahen Grenzschicht Energie zuzuführen, so daß die Strömung länger anliegend bleibt bzw. gegen höhere positive Druckgradienten anströmen kann. Die auf der Ober­ fläche des umströmten Körpers angeordneten Elemente können verschiedene Gestalt aufweisen, die in jedem Fall aber darauf gerichtet ist, die Durchmischung in einer Grenzschicht zu erhöhen. Die Elemente können als Reihen von kleinen Flügeln auf der Oberseite der Trag­ flügel von Flugzeugen angeordnet sein, um Längswirbel in Strömungsrichtung zu erzeugen (Fig. 1). Eine andere Mög­ lichkeit, jedoch mit ähnlicher Wirkung, ist eine keil­ förmige Ausbildung der Elemente mit entsprechender Anord­ nung in Strömungsrichtung (Fig. 2). Die verstärkte Durch­ mischung wird in beiden Fällen durch Erzeugung von Längs­ wirbeln erreicht. Diese fest angeordneten Elemente sind jedoch nur nützlich, solange sich die Strömung in der Nähe der Ablösung befindet. Bei einem Flugzeugtragflügel ist das z. B. während des Landeanfluges der Fall. Bei anderen Flugbedingungen, z. B. während des Reisefluges, sind die bekannten Elemente zur Erzeugung von Längswir­ beln nicht nötigt und erzeugen in nachteiliger Weise zu­ sätzlichen Widerstand.

Es ist bekannt (D. W. Bechert, G. Hoppe und W.-E. Reif: "On the drag reduction of the shark skin", AIAA-Paper 85-0546 (1985)), daß die Elemente zur Erzeugung von Längswirbeln auch sehr klein ausgebildet sein können, wenn sie die Oberfläche dicht belegen. Bei einer turbu­ lenten Grenzschicht müssen sie nur etwas aus der viskosen Unterschicht herausragen. Die viskose Unterschicht ist eine sehr dünne, sehr wandnahe Schicht, in der die Zä­ higkeitskräfte der Strömung dominieren. Bei technischen Anwendungen ist diese Schicht normalerweise einen kleinen Bruchteil eines Millimeters dick. In dieser Schicht bil­ den sich schon auch ohne in die Strömung vorstehende Ele­ mente sehr kleinen Längswirbel aus, die die Durchmischung der gesamten Grenzschicht steuern (S. J. Kline, W. C. Rey­ nolds, F. A. Schraub, P. W. Runstadler: "The structure of turbulent boundary layers", J. Fluid Mech. 30 (1967), Seiten 741-773).

Durch sehr feine Längsrillen (D. W. Bechert, G. Hoppe und W.-E. Reif: "On the drag reduction of the shark skin", AIAA-Paper 85-0546 (1985)) kann man die zur Ausbildung dieser Wirbel notwendige Querströmung behindern. Das führt zu einem geringeren Energieaustausch in der turbu­ lenten Grenzschicht, was zur Verminderung der turbulenten Wandschubspannung (unter den Wert bei einer glatten Platte) benutzt werden kann. Verwendbar erscheint dies zur direkten Widerstandsverminderung bei langen Körpern ohne Ablösege­ fahr, z. B. Flugzeugrümpfen.

Andererseits kann man durch Verstärkung der kleinen Längs­ wirbel mit kleinen Elementen auch die Durchmischung stark anheben. Dies führt zwar zu Erhöhung der Wandschubspannung, aber auch zur Vermeidung von Strömungsablösung. Durch An­ bringung z. B. im Heckbereich eines Flugzeugrumpfes oder im hinteren Teil eines Tragflügels können damit durch Ab­ lösungsunterdrückung sowohl der Gesamtwiderstand vermin­ dert als auch der Auftrieb erhöht werden. Auf einer Flugzeug­ oberfläche können auch verschiedene Elemente zum Einsatz kommen. Eine optimale Wirkung läßt sich jedoch nur für einen Strömungszustand entwickeln.

Weiterhin ist es aus der GB-PS 20 32 048 bekannt, an der Oberfläche eines umströmten Körpers stufenförmige Einschnitte vorzusehen. Diese stufenförmigen Einschnitte treten hinter der gedachten Oberfläche des Strömungsprofils zurück. Die stufen­ förmigen Einschnitte sind senkrecht zur Anströmung des um­ strömten Körpers angeordnet. Sie sind insbesondere dort vor­ gesehen, wo die Gefahr einer Strömungsablösung vorhanden ist. Durch diese Vertiefungen werden gezielte lokale Strömungsab­ lösungen erzeugt, wodurch eine Gesamtablösung an einer Stelle vermieden wird. Es sind dabei mehrere Vertiefungen hinterein­ ander erforderlich. Auch bei dieser Oberfläche wirkt sich nachteilig aus, daß bei anliegender Strömung der Widerstand des mit diesen Einschnitten versehenen umströmten Körpers höher ist als der eines Körpers mit glatter Oberfläche.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Oberfläche der eingangs beschriebenen Art derart weiterzubilden, daß sie sich bei sich ändernden Strömungszuständen anpaßt oder zu­ mindest angepaßt werden kann.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Elemente einerseits L-förmigen Querschnitt aufweisen, mit dem einen, der Oberfläche zugekehrten Schenkel etwa senkrecht zur Ober­ fläche und mit dem anderen Schenkel etwa parallel zur Oberfläche in Strömungsrichtung angeordnet sind, und daß die Elemente andererseits relativ zur Ebene der Oberfläche verstellbar ange­ ordnet sind, so daß sie bei drohender Strömungsablösung die Durchmischung bewirken, bei anliegender Strömung jedoch unter Widerstandsverminderung die Ebene der Oberfläche nachbilden. Dabei ist daran gedacht, daß die Elemente bei unterschiedlichen Strömungszuständen unterschiedliche Relativlagen zu der Oberfläche einnehmen und einnehmen können, jedenfalls derart, daß mind. in einer Stellung durch erhöhte Durchmischung die drohende Strömungsablösung vermieden wird und in einer anderen Stellung bei sicher anliegender Strömung eine Widerstandsverminderung eintritt. Die Verstellbarkeit einerseits und die Ausbildung der Gestalt der Elemente, also ihre Form und die Dimensionierung sowie Anordnung, wirken sich auf beide angestrebte Wirkungen aus. Dabei sollen mindestens zwei Strömungszustände im Sinne einer Optimierung berücksichtigt werden, nach Möglichkeit natürlich mehr als zwei Strömungszustände. So ist es insbesondere möglich, die Ver­ stellung und Gestaltung der Elemente so auszubilden, daß hin­ sichtlich einer Vielzahl von Strömungszuständen eine mehr oder weniger kontinuierliche Abnahme der einen Wirkung und eine Zu­ nahme der anderen Wirkung eintritt. Die Elemente weisen L-förmigen Querschnitt auf und sind mit dem einen, der Oberfläche zugekehrten Schenkel etwa senkrecht zur Oberfläche angeordnet, während sich der andere Schenkel etwa parallel zur Oberfläche in Strömungs­ richtung erstreckt. Dies ist jedenfalls bei anliegender Strömung und hoher Schubspannung der Fall, bei der die Elemente gleichsam eingeklappt sind und keinen zusätzlichen Reibungswiderstand ver­ ursachen.

Die Elemente können federnd nachgiebig ausgebildet und/oder gelenkig zur Oberfläche gelagert sein. Die Elemente können durch die Strömungskräfte selbst und/oder durch Fremdkraft verstellbar angeordnet sein. Besonders vorteilhaft ist es natürlich, wenn die Elemente durch die Strömungskräfte selbst verstellt werden, so daß eine mehr oder weniger kon­ tinuierliche Anpassung an die verschiedenen Strömungsbedin­ gungen selbsttätig stattfindet und irgendwelche Fremdkraft- Verstelleinrichtungen nicht erforderlich werden. Die Ver­ stellung kann einerseits eine mehr globale Reaktion auf die Strömungsbedingungen durch langsam reagierende große Elemente sein. Besonders bei Umströmung des Körpers mit einer Flüssigkeit ergibt sich aber andererseits auch die Möglichkeit, daß die Elemente besonders klein ausgebildet sein können und auf die momentane Strömungsstruktur schnell reagieren können, wodurch die Grenzschicht in noch stärkerem Maße beeinflußt wird. Keilförmige Elemente, wie sie in fester Form Stand der Technik sind (Fig. 2), lassen sich durch eine Fremdkraft-Verstelleinrichtung leicht in die Ebene der Oberfläche einziehen bzw. ausstellbar lagern, so daß sie dem jeweiligen Strömungszustand angepaßt werden können. Für die Verstellung der Elemente durch die Strö­ mung selbst ergeben sich verschiedene Möglichkeiten:

Die Elemente können rein federnd nachgiebig, also entspre­ chend elastisch ausgebildet sein, so daß sie eine reprodu­ zierbare Rückstellung aufweisen. Die Verstellung bzw. Ver­ biegung der Elemente wird zweckmäßig durch die Schubspannung der Strömung gesteuert. Dabei wird folgender Zusammenhang benutzt: bei sicher anliegender Strömung ist die Wandschub­ spannung hoch und die Elemente werden durch diese Wand­ schubspannung aufgrund ihrer federnd-nachgiebigen Ausbildung oder auch Aufhängung in einer flachen, der Oberfläche ange­ paßten Stellung gehalten, bei der sie im Abstand zu der Oberfläche diese Oberfläche etwa parallel nachbilden und die sich somit ergebende Oberfläche der Elemente weitgehend geschlossen bzw. glatt ausgebildet ist, so daß die ange­ strebte Widerstandsverminderung eintritt. Bei geringer Schubspannung hingegen, also bei drohender Strömungsablö­ sung, richten sich die Elemente durch ihr Rückstellvermögen oder durch Federkraft auf und erzeugen eine starke Durch­ mischung der Grenzschicht. Hierdurch wird die Strömung an­ liegend gehalten. Durch verminderte Strömungsgeschwindig­ keit, z. B. beim Landeanflug eines Flugzeugs, sinkt eben­ falls die Wandschubspannung. Dies ist aber in den meisten Fällen auch der Bereich, in dem die Strömung anliegend ge­ halten werden muß.

Andererseits aber ist es möglich, auf den Einsatz von Fe­ derkräften zu verzichten und eine gelenkige Lagerung bzw. Anordnung der Elemente relativ zur Oberfläche zu verwirk­ lichen. Die Verstellung der Elemente erfolgt in einem sol­ chen Falle rein durch die Strömungsmechanik, also die von der Strömung auf die Elemente einwirkenden Kräfte. Strömun­ gen in der Nähe der Ablösung haben eine starke Druckzu­ nahme in Strömungsrichtung. Diese Druckzunahme erzeugt im Hohlraum unter der Oberfläche eines Sekundärströmung, die entgegengesetzt zu der Strö­ mungsrichtung der Hauptströmung gerichtet ist. Diese Se­ kundärströmung kann dazu benutzt werden, die Elemente in sinnvoller Weise zu verstellen. Es ist auch möglich, beide aufgezeigten Möglichkeiten zu kombinieren und beispiels­ weise neben einer Gelenkaufhängung der Elemente zusätz­ lich eine sehr weiche Federung einzusetzen.

Der sich etwa senkrecht zur Oberfläche erstreckende eine Schenkel der Elemente weist eine quer zur Strömungsrich­ tung sich erstreckende Flächenausbildung auf, die einer entgegengesetzt zur Strömungsrichtung gerichteten Sekundär­ strömung Widerstand bietet. Durch den Angriff dieser Sekun­ därströmung an den entsprechenden Flächenelementen des einen Schenkels der Elemente richten sich die Elemente bei niedriger Schubspannung und fast abgelöster Strömung auf. Diese Aufrichtung ist nur möglich, wenn die Strömungsbe­ dingungen nahe der Strömungsablösung vorhanden sind, wenn also die Schubspannung klein ist und wenn ein ansteigender Druck in Strömungsrichtung auftritt. Ein solcher Verstell­ mechanismus führt zu einer Gleichgewichtseinstellung der Elemente, entsprechend den Schubspannungen und den Drücken, die beide etwa proportional der Strömungsgeschwindigkeit sind. Das bedeutet, daß die Einstellung der Elemente unab­ hängig von der Strömungsgeschwindigkeit ist und nur davon beeinflußt wird, ob die Strömung in der Nähe der Ablösung ist oder nicht. Bei sicher anliegender Strömung mit hoher Wandschubspannung sind die Elemente eingeklappt und stel­ len praktisch eine sich parallel zur Oberfläche des um­ strömten Körpers erstreckende glatte Oberfläche dar, die nur einen kleinen Reibungswiderstand erzeugt.

Der sich etwa in Strömungsrichtung erstreckende andere Schenkel der Elemente kann in Strömungsrichtung spitz zu­ laufend ausgebildet sein, um in der ausgeklappten Stellung die angestrebte Durchmischung in der Grenzschicht herbei­ zuführen.

Auf der der Strömung ausgesetzten Oberfläche des anderen Schenkels der Elemente können in Strömungsrichtung verlau­ fende, widerstandsvermindernde Längsrillen mit scharfen Graten zusätzlich vorgesehen sein. Dies dient zur Vermin­ derung des Reibungswiderstandes bei turbulenter Strömung in eingeklapptem Zustand der Elemente. Die Größe der Ele­ mente ist an sich nicht festgelegt. Eine Wirksamkeit ist auch dann noch gegeben, wenn sie sehr klein sind und ihre Dimensionen in der Nähe der Dicke der viskosen Unterschicht liegen. In diesem Fall ist auch eine Wechselwirkung mit den ohnehin vorhandenen Längswirbeln in der viskosen Unter­ schicht möglich. Die Merkmale der Ansprüche 1 bis 7 sind auf eine passive Oberfläche gerichtet.

Wenn sich die Elemente bei anliegender Strömung nicht stark aufrichten, so ist hier noch eine andere Wechselwirkung mög­ lich, die - ähnlich wie die Anordnung der feinen Längsrillen mit scharfen Graten - zur Verminderung der Schubspannung bei anliegender Strömung führt:

In der Oberfläche zwischen den Elementen können Schlitze zum Ausbringen von widerstandsvermindernden Polymer-Addi­ tiven unter die Elemente vorgesehen sein. Durch diese Schlitze zwischen den Elementen kann Fluid in einem mo­ mentan und lokal auftretenden Bereich niedrigen Druckes eingeblasen werden, und zwar aus dem Raum unter der Ober­ fläche. Dadurch kann die in diesen Bereichen auftretende, besonders langsame Strömung beschleunigt werden. Dies führt zu einer Stabilisierung der Strömung und dies wie­ derum zu einer Verminderung des Reibungswiderstandes. Die Beweglichkeit der kleinen, verstellbaren Elemente ver­ stärkt diesen Effekt. Überschlagsrechnungen haben ergeben, daß die erzielbare Wirkung insbesondere bei Umströmung von Körpern mit Flüssigkeit möglich ist. Auch die langsameren, großräumigen Schwankungen in turbulenten Grenzschichten führen zu Sekundärströmungen unter der Oberfläche und zu Verstellungen der Elemente. Wenn Fluid durch die Schlitze zwischen den Elementen ausgeblasen wird, so wird es immer in Strömungsrichtung ausgeblasen und vorzugsweise an sol­ chen Stellen, wo momentan Druck und Geschwindigkeit an der Oberfläche klein sind. Dies führt allein für sich schon zu einem Strömungsprofil, das die Strömung länger anliegend hält.

Bei Verwendung der neuen Oberfläche des umströmten Körpers in Flüssigkeiten ergibt sich außerdem noch die Möglichkeit, an sich bekannte widerstandsvermindernde Polymer-Additive in den Hohlraum unter den Elementen einzuspeisen. Durch die sich zwischen den Elementen ergebenden Durchbrechungen kön­ nen diese Polymer-Additive dann austreten und zu einer wei­ teren Widerstandsverminderung führen.

Die Erfindung wird anhand einiger Ausführungsbeispiele weiter erläutert und beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 eine Oberfläche mit fest angeordneten, flügelartigen Elementen (Stand der Technik),

Fig. 2 eine Oberfläche mit fest angeordneten, keil­ förmigen Elementen (Stand der Technik),

Fig. 3 eine Oberfläche mit der Darstellung eines einzelnen, federnd nachgiebig ausgebildeten Elements,

Fig. 4 eine Schnittdarstellung durch die Ober­ fläche mit einer Vielzahl von verstell­ baren Elementen gemäß Fig. 3 bei an­ liegender Strömung und hoher Schubspan­ nung,

Fig. 5 eine Schnittdarstellung der Oberfläche gemäß Fig. 4, jedoch bei niedriger Schubspannung und fast abgelöster Strö­ mung,

Fig. 6 die Darstellung einer Oberfläche mit einem einzelnen, gelenkig gelagerten Element und

Fig. 7 eine Querschnittsdarstellung der Oberflä­ che mit einer Vielzahl von Elementen ge­ mäß Fig. 6 bei niedriger Schubspannung und fast abgelöster Strömung.

In Fig. 1 ist in perspektivischer Darstellung ein Stück einer Oberfläche 1 eines umströmten Körpers dargestellt, der auf seiner der Strömung ausgesetzten Seite der Ober­ fläche 1 Elemente 2 aufweist, die fest und damit unbeweg­ lich angeordnet sind. Die Elemente 2 sind flügelähnlich aus­ gebildet und schräg zur Strömungsrichtung 3 geneigt ange­ ordnet, so daß sie in einer Grenzschicht Längswirbel 4 hervorrufen, die infolge der jeweils entgegengesetzt schräg durchgeführten Anordnung auch entgegengesetzt drehen, wie durch die Richtungspfeile 5 angedeutet ist.

Fig. 2 zeigt eine grundsätzlich ähnliche Ausbildung und Anordnung, also ebenfalls mit festen Elementen 2, die hier keilförmige Gestalt besitzen und in Strömungsrichtung 3 ausgerichtet angeordnet sind, so daß auch hier bei der Überströmung Längswirbel 4 entsprechend den Richtungspfei­ len 5 entstehen.

Oberflächen 1 mit fest angeordneten Elementen 2 gemäß den Fig. 1 und 2 gehören zum Stand der Technik.

Fig. 3 zeigt die Einzeldarstellung eines Ausschnitts aus der neuen Oberfläche 1 mit der Darstellung eines einzelnen Elementes 2, welches jedoch federnd nachgiebig ausgebildet ist. Auch die Gestalt des Elements 2 ist neu. Das Element 2 weist einen ersten Schenkel 6 und einen anderen Schenkel 7 auf, die in einem Winkel von annähernd 90° miteinander so verbunden sind, daß sich etwa ein L-förmiger Querschnitt ergibt. Dabei ist der der Oberfläche 1 zugekehrte Schenkel 6 etwa senkrecht oder nur leicht geneigt zu der Oberfläche 1 angeordnet, während der andere Schenkel 7 sich im Ab­ stand etwa parallel zu der Ebene der Oberfläche 1 befindet. Der Schenkel 7 läuft in Strömungsrichtung 3 spitz zu bzw. aus. In durchgezogener Linienführung ist die Stellung dar­ gestellt, die sich aufgrund anliegender Strömung und hoher Schubspannung ergibt. Hierbei wird das Element 2 im Bereich des Schenkels 6 federnd nachgiebig gekrümmt bzw. gebogen, so daß sich der andere Schenkel 7 in eine Relativlage etwa parallel zu der Ebene der Oberfläche 1 begibt. Bei einem Abfall der Schubspannung, wie es typisch für eine fast ab­ gelöste Strömung ist, richtet sich das Element 2 mehr oder weniger in seine rückfederungsfreie Normalstellung auf, die in gestrichelter Linienführung angedeutet ist. Dabei wird von der Spitze des Schenkels 7 ein Federweg 8 zurück­ gelegt. Während sich der Schenkel 6 auch in dieser Stellung mehr oder weniger senkrecht zu der Oberfläche 1 erstreckt, liegt der andere Schenkel 7 nunmehr nicht mehr parallel zu der Ebene der Oberfläche 1, sondern steht in Strömungsrich­ tung vor, so daß hier eine rauhe zweite Oberfläche ge­ schaffen wird, die gleichsam als Sekundäroberfläche bezeich­ net werden könnte. Diese rauhe Oberfläche trägt zu einer erhöhten Durchmischung im Grenzschichtbereich bei. Das Ele­ ment 2 kann aus dünnem, blattfederartigem Material ausge­ bildet sein, damit eine reproduzierbare Rückstellung je nach den Strömungsbedingungen eintritt und eine insoweit auf­ wendigere Verstelleinrichtung mit Fremdkraft vermieden wird. Es versteht sich, daß auf einer Oberfläche 1 nicht nur ein einziges Element 2, sondern eine Vielzahl bzw. zumindest eine Mehrzahl davon, vorgesehen sind, wie dies anhand der Schnittdarstellung der Fig. 4 und 5 erkenn­ bar wird. Bei hoher Schubspannung (Fig. 4) werden die Elemente 2 durch die auf sie einwirkenden Kräfte entgegen ihrer Rückstellfederungskraft so verbogen, daß sich die anderen Schenkel 7 aufeinanderlegen bzw. aneinander ab­ stützen, so daß durch sie gleichsam die Ebene der Ober­ fläche 1 im Abstand noch einmal nachgebildet wird. Es handelt sich jedoch um eine vergleichsweise glatte Ebene, so daß diese einen entsprechend niedrigen Widerstand er­ zeugt. Bei niedriger Schubspannung und fast abgelöster Strömung hingegen ergibt sich die aus Fig. 5 ersichtliche Relativlage. Die auf die Elemente 2 einwirkenden Kräfte werden geringer, so daß sich das Rückstellvermögen des federnden Werkstoffes so bemerkbar macht, daß die einzel­ nen Elemente 2 aufgerichtet werden. Hierdurch gelangen die Schenkel 7 in eine schuppenartige Relativlage zueinander, was eine rauhe Oberfläche mit entsprechender Durchmischung in der Grenzschicht bedeutet. Die Elemente 2 sind gleich­ gerichtet angeordnet und, wie aus den Zeichnungen ersicht­ lich, in Strömungsrichtung 3 ausgerichtet vorgesehen.

Anhand der Fig. 6 und 7 ist eine weitere Ausführungs­ möglichkeit der Elemente 2 dargestellt. Jedes Element 2 besitzt zwar auch hier einen ersten Schenkel 6 und einen zweiten Schenkel 7, ist jedoch mit Hilfe des Gelenks 9 an der Oberfläche 1 bzw. in der Oberfläche gelagert, so daß auch hier - freilich anders - eine Verstellung des Elements 2 durch die einwirkenden Kräfte stattfindet. In Fig. 6 ist in durchgezogener Linienführung die Relativ­ lage bei hoher Schubspannung und in gestrichelter Linien­ führung bei niedriger Schubspannung verdeutlicht. Beide Relativlagen unterscheiden sich um den Verstellwag 10.

Es versteht sich, daß hier zwei Relativlagen darge­ stellt sind. Entsprechend den Strömungsbedingungen ergibt sich eine kontinuierliche bzw. stufenlose Verstellung je nach den herrschenden Strömungsbedingungen.

Fig. 7 verdeutlicht die Stellung einer Mehrzahl von Elementen 2 gemäß Fig. 6 bei niedriger Schubspannung und fast abgelöster Strömung. Typisch für diesen Strömungszu­ stand ist ein Druckanstieg entgegengesetzt zur Strömungs­ richtung 3, der wiederum Ursache für eine Sekundärströmung gemäß den Pfeilen 11 ist. Diese Sekundärströmung gemäß den Pfeilen 11 wirkt auf nicht weiter verdeutlichte Flächenelemente an den Schenkeln 6 ein, die zu diesem Zweck lange, flache Schäfte aufweisen können. Diese Schäfte be­ sitzen einen Widerstand in der Sekundärströmung gemäß den Pfeilen 11, so daß auf diese Weise die Verstellung der Elemente 2 um die Gelenke 9 erfolgt. Bei kleiner Schub­ spannung und ansteigendem Druckverlauf in Strömungsrichtung 3 führt dieser Verstellmechanismus zu der Einstellung eines Gleichgewichtszustands der Kräfte an den Elementen 2, her­ rührend von Schubspannungen und Drücken, die beide etwa proportional der Strömungsgeschwindigkeit sind. Dies be­ deutet, daß die Elemente 2 unabhängig von der Strömungsge­ schwindigkeit eingestellt werden.

In Fig. 5 ist dargestellt, daß die Oberfläche 1 in jedem Fall auch mit Schlitzen 12 versehen sein kann, durch die ein Fluid zusätzlich ausgeblasen werden kann. Das Ausblasen erfolgt immer etwa in Strömungsrichtung 3. Durch die Schlitze 12 kann aber auch ein Polymer-Additiv ausgebracht werden, welches zu einer weiteren Widerstandsverminderung beiträgt.

Die konstruktive Ausbildung der variabel einstellbaren Ele­ mente 2 kann in verschiedener Weise erfolgen, da die Größe der Elemente 2 nicht von vornherein festliegt. Die Elemente 2 können aus Blech oder Kunststoff gefertigt werden und auch aus Einzelteilen zusammengefügt werden, sofern die Ele­ mente 2 in der Zentimeter-Größenordnung vorgesehen sind. Bei sehr kleinen Strukturen aus den Elementen 2 in der Millimeter-Größenordnung und darunter können Herstellungs­ techniken zum Einsatz kommen, wie sie beim Weben von Samt, Webpelzen o. dgl. bekannt sind. In allen Fällen sind die Elemente 2 flach ausgebildet, einheitlich orientiert und laufen hinten möglichst spitz zu.

• Bezugszeichenliste
   1 = Oberfläche
   2 = Elemente
   3 = Strömungsrichtung
   4 = Längswirbel
   5  = Richtungspfeile
   6 = Schenkel
   7 = Schenkel
   8 = Federweg
   9 = Gelenk
  10 = Verstellweg
  11 = Pfeil
  12 = Schlitz

Claims (7)

1. Zur Vermeidung von Strömungsablösungen ausgebildete Oberfläche eines umströmten Körpers mit einer Vielzahl von Elementen (2), die aus der Ebene der Oberfläche (1) heraus in die Strömung einragend vorgesehen sind, und eine solche Gestalt aufweisen, daß unter Durchmischung in einer Grenzschicht der wandnahen Grenzschicht Energie zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente (2) einerseits L-förmigen Querschnitt aufweisen, mit dem einen, der Oberfläche (1) zugekehrten Schenkel (6) etwa senkrecht zur Oberfläche (1) und mit dem anderen Schenkel (7) etwa parallel zur Oberfläche (1) in Strömungsrichtung angeordnet sind, und daß die Elemente (2) andererseits relativ zur Ebene der Oberfläche (1) verstellbar angeordnet sind, so daß sie bei drohender Strömungsablösung die Durchmischung bewirken, bei anliegender Strömung jedoch unter Widerstandsverminderung die Ebene der Oberfläche nachbilden.

2. Oberfläche nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente (2) federnd nachgiebig ausgebildet und/oder gelenkig zur Oberfläche (1) gelagert sind.

3. Oberfläche nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Elemente (2) durch die Strömungskräfte selbst und/oder durch Fremdkraft verstellbar angeord­ net sind.

4. Oberfläche nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der sich etwa senkrecht zur Oberfläche (1) erstrec­ kende eine Schenkel (6) der Elemente (2) eine quer zur Strömungsrichtung (3) sich erstreckende Flächenaus­ bildung aufweist, die einer entgegengesetzt zur Strö­ mungsrichtung gerichteten Sekundärströmung Widerstand bietet.

5. Oberfläche nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der sich etwa in Strömungsrichtung (3) erstreckende andere Schenkel (7) der Elemente (2) in Strömungsrich­ tung spitz zulaufend ausgebildet ist.

6. Oberfläche nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf der der Strömung ausgesetzten Oberfläche (1) des anderen Schenkels (7) der Elemente (2) in Strö­ mungsrichtung verlaufende, widerstandsvermindernde Längsrillen mit scharfen Graten vorgesehen sind.

7. Oberfläche nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeich­ net, daß in der Oberfläche (1) zwischen den Elementen (2) Schlitze (12) zum Ausbringen von widerstandsvermin­ derndem Polymer-Additiven unter die Elemente (2) vorge­ sehen sind.