[发明专利]基于微钻头制孔的电极壁面微凹坑电解微气泡发生装置

说明书

基于微钻头制孔的电极壁面微凹坑电解微气泡发生装置，涉及水下航行体主动式减阻技术领域。包括基体、碳棒和稳压直流电源，所述基体的表面设有电极壁面微凹坑结构，基体的上表面铺设有聚酰亚胺涂层，基体的下表面通过电源导线连接稳压直流电源的负极，碳棒连接稳压直流电源的负极。通过电解NaCl溶液，可以实现微气泡生长的自适应控制，无需连续、长时间地通入气体，当微气泡破裂、脱落或气液界面低于铺设的聚酰亚胺涂层时，装置自动触发电解电路，实现微气泡的自适应控制，适用于水面舰船和水下航行器；能够稳定地维持微气泡，有利于实际工程、军事应用。

技术领域

本发明涉及水下航行体主动式减阻技术领域，尤其是涉及一种基于微钻头制孔的电极壁面微凹坑电解微气泡发生装置。

背景技术

水下航行器受到的阻力约是空中飞行器的1000多倍，导致传统水下作战兵器普遍存在速度慢、航程短、精度低的缺陷。为了提高水下航行器的航速，改善水下兵器的作战性能，目前一般采用增大推进动力和降低航行阻力这两种技术途径。由于在常规情况下，推力增加八倍才能使航行器的航速提高一倍。而有限尺寸的航行器限制了推力装置的规模，因此采用常规方法来显著提高航行器航速十分困难。而且，目前采用优化水下航行器线型实现减阻的方式已很难实现阻力的明显降低。

近年来，仿生沟槽表面和微气泡形成的气垫对于流动减阻的潜在应用价值，使之成为水下减阻领域的研究热点之一。当前，针对微气泡形成、驻留控制等减阻技术主要存在以下技术瓶颈有待突破：微气泡产生主要通过通气方式，该方式产生的微气泡尺寸难以控制，且能耗很大；同时，目前具有的通过电解产生微气泡的技术，生成的微气泡在航行体表面驻留的稳定性较差，难以实现对微气泡尺寸生长的控制，且无法实现微气泡破裂或从凹坑脱落时的自适应控制，因此，为提高水下航体航程、航速，迫切需要发明一种基于微钻头制孔新型自适应控制微气泡减阻发生装置，以实现水中多尺度复杂流动环境中适时有效的减阻。

发明内容

本发明的目的在于克服微气泡减阻技术中存在的微气泡难以稳定驻留以及难以实现自我补充的关键问题，提供一种通过电解NaCl溶液的基于微钻头制孔的电极壁面微凹坑电解微气泡发生装置，可提高微气泡的驻留稳定性，提升微气泡驻留率，实现微气泡减阻。

本发明包括基体、碳棒和稳压直流电源，所述基体的表面设有电极壁面微凹坑结构，基体的上表面铺设有聚酰亚胺涂层，基体的下表面通过电源导线连接稳压直流电源的负极，碳棒连接稳压直流电源的负极。

所述基体可采用金属铜片。

所述电极壁面微凹坑呈圆柱形设置。

所述电极壁面微凹坑的直径可为40～400μm，深度可为20～200μm。

所述电极壁面微凹坑可通过微钻头钻孔形成，且呈均布或线性增加间隔设置。

所述涂层可采用液态聚酰亚胺。

所述聚酰亚胺涂层的厚度可为20～50μm。

所述基体下表面和电源导线连接处覆盖一层500nm厚度的导电胶。

本发明所述基于微钻头制孔的电极壁面微凹坑电解微气泡发生装置，可采用以下方法制作：

1)表面有机清洗：采用有机清洗剂对基体表面进行清洗；

2)制作聚酰亚胺涂层：将基体固定至旋涂机上，在基体上表面旋涂液态聚酰亚胺，使得基体上表面均布聚酰亚胺涂层；

3)烘干聚酰亚胺涂层：采用真空烘干机，对已旋涂聚酰亚胺的基体在130℃下真空烘干5min；

4)制作微凹坑：在已旋涂聚酰亚胺涂层的基体上使用微钻头，钻孔形成电极壁面微凹坑；

5)导线连接：将电源导线一端通过导电胶连接到基体下表面，另一端连接至稳压直流电源的负极，将碳棒通过电源导线连接到稳压直流电源正极。