[发明专利]一种无人水下航行器运动减阻外壳

说明书

本发明的一种无人水下航行器运动减阻外壳，本发明结构简单轻便，可操纵性能极好，能够在多种复杂的海洋环境中发挥良好的减阻效果；硅橡胶具有极佳的耐寒、耐热、耐老化性能，导热性好，能够适应各种海洋工作环境；外壳夹层中的溶液来自外部海水，内部并不需要附加储液容器与额外的溶液，既节省空间，又节约成本；海水的比热容较大，加热后能够保证外壳表面与周围海水长时间维持稳定温差，是性价比极高的填充溶液；通过表面减阻，不受严格的尺寸限制，运用表面减阻不会破坏航行体原有的设计外形，能够保证水动力特性，因此对于绝大多数的无人水下航行器都适用。

技术领域

本发明属于水下航行器运动减阻技术领域，具体涉及一种无人水下航行器运动减阻外壳。

背景技术

20世纪90年代以来，潜艇在水下战场中的作用已发生了明显变化，被越来越多地应用于近海海域来支援联合作战。然而，这对价格昂贵的常规潜艇及核潜艇来说，风险无疑是增加了。尤其是体积大、吨位大的潜艇，根本无法在近海浅水海域作战，即使是在水深100米以上的近海活动，也很容易被对方反潜兵力发现和攻击。与此同时，海军需要隐形的无人驾驶系统到传统海上力量无法到达的地方收集情报和攻击目标；而开展非战斗性海军活动，如搜集气象和海洋数据等，也需要考虑使用无人驾驶系统，以提高质量降低费用。在这种情况下，无人水下航行器便脱颖而出。世界上已有10多个国家在研究它了。

不过，现今各国的无人水下航行器大多是受到尺寸和重量的限制，动力不可能很大，然而更加矛盾的是我们还需要航行器在水下能够较快地移动，以便达到收集情报、监视和侦察，反水雷及浅水反潜的战略目的。综上所述，如何有效地减少无人水下航行器的航行阻力成为了攻坚项目的关键技术。

鱼雷和反潜导弹领域应用的超空泡减阻技术，给我们解决问题提供了一种思路。利用头部空化器产生空泡并且向低压处通气最终产生超空泡覆盖结构，最高可以减阻90％。但是由于超空泡对航行速度大小要求极为严苛，如果不能满足其空化下限要求，航行过程中非常容易失稳，很难对其做到有效可靠的操纵。且超空泡动技术需要给运动体配备高压储气瓶，这对于本就有尺寸和重量限制的无人水下航行器来说更是难上加难，此种途径对于解决矛盾来说很难行得通。水下航行体的内部布局基本无法做大的调整改动，因此必须从航行体外部入手，一种适合无人水下航行器航行稳定且相对好操控的轻便外壳结构。

物竞天择，适者生存，经过大自然成千上万年的精心筛选，现今的生物可以说是适应环境的集大成作品，我们很有必要从动物的生存方式中学习，并找寻解决问题的最优方案。海豚是海洋生物当中有名的游泳健将，以速度快耐力好文明，是少有的全程高速“长跑”能手。海豚之所以能够在海洋里快速游动，除了因为尾巴非常有力，就像一架良好的“推进器”外，还得益于它们特殊的体表结构。

首先，海豚皮肤表面没有毛，很滑很薄且富有弹性，研究表明，光滑弹性的柔性皮肤可以维持层流边界层不分离，通过提高层流边界层稳定性，推迟边界层转捩来达到减阻效果，这体现了仿生学的柔性面减阻原理；其次，海豚的真皮层里有无数个细细的管状突起，里而充满了一种特殊的、能流动的脂肪，这些脂肪在管状突起里流动，和波浪的形状保持一致，在皮下形成纵向条纹皮肤嵴，皮肤嵴结构近乎垂直于身体长轴，即与水流方向垂直，就像减振器那样，体现了仿生学的随行波表面减阻原理；最后，海豚自身的生物调节系统通过改变皮肤温度，能始终保持体表温度比海水高大约9℃，这样能引起湍流边界层温度升高，体表湍流边界层中粘性底层内海水的粘度降低，降低湍流边界层阻力，同时，边界层温度升高，可以增大临界雷诺数，稳定层流边界层，推迟边界层转捩，体现了仿生学的自适应减阻原理。正是具备了以上种种有利条件，海豚才得以在海洋中飞速前行。我们可以利用上述的原理对航行器外壳结构进行设计，进而达到减阻的目的。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种无人水下航行器运动减阻外壳，结构简单轻便，可操纵性好，自适能力强，对于绝大多数的无人水下航行器均适用。