[发明专利]一种具有仿生多元结构的防雾防冰船舶甲板

说明书

本发明公开了一种具有仿生多元结构的防雾防冰船舶甲板，包括甲板本体和设于甲板本体上表面用于防雾防冰的微纳结构体；微纳结构体由若干间隔排列的梯形凸块组成，梯形凸块的侧面设有用于排斥雾滴的圆弧凸起，梯形凸块的顶面设有用于防止雾滴铺开的粒状凸起。本发明将船舶甲板布置为上下两层刚柔复合结构，在刚性层的外表面布置微纳结构体，使甲板周围的小雾滴快速合并为大雾滴，降低了小雾滴驻留在甲板表面的概率，缩短了大雾滴撞击甲板时弹跳过程所需的时间，充分减小了雾滴与甲板表面的接触面积，从而防止雾/冰的形成，对油轮、集装箱船、巡洋舰、驱逐舰、近海勘探船和破冰船等各种作业船的甲板结/覆冰现象均有着潜在的应用前景。

技术领域

本发明属于海洋船舶用甲板，具体涉及一种具有仿生多元结构的防雾防冰船舶甲板。

背景技术

极地海洋环境恶劣，表现为高湿低温，这种气候条件下形成的覆冰给造船、航运、科考以及军事等领域带来重大影响，特别是甲板结冰引起的船舶航行稳性问题逐渐成为焦点，水汽冷凝和海水飞溅是造成船舶甲板表面形成覆冰的主要因素。

目前船舶防除冰方法主要包括机械破冰法、热力融冰法、化学除冰法等。然而，机械破冰法会对一些精密设备造成损坏，且效率低，仅可作为备用方法；热力融冰法除了能量消耗巨大外，还存在二次结冰的风险，一般仅用于天线、舷窗等部位的除冰，对船舶甲板并不适用；化学除冰法成本较高，对装备腐蚀严重，同时还会对海洋环境造成污染，特别是位于主甲板下方（在积冰区域）和晶格结构下方的船舶区域需要更专用且固定式的喷涂机构。综上，现有的船舶防除冰方法存在能耗高、效率低、污染环境及受时间空间的限制等问题，尚无法从根本上有效解决船舶甲板面临的复杂结/覆冰现象。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于提供一种用于消除水汽冷凝和海水飞溅造成的结/覆冰现象的船舶甲板。

技术方案：本发明的一种具有仿生多元结构的防雾防冰船舶甲板，包括甲板本体和设于甲板本体上表面用于防雾防冰的微纳结构体；所述微纳结构体由若干间隔排列的梯形凸块组成，所述梯形凸块的侧面设有用于排斥雾滴的圆弧凸起，所述梯形凸块的顶面设有用于防止雾滴铺开的粒状凸起。

上述的结构中，微纳结构体可以使甲板周围的小雾滴快速合并为大雾滴，降低了小雾滴驻留在甲板表面的概率，缩短了大雾滴撞击甲板时弹跳过程所需的时间。其中，圆弧凸起促使小雾滴沿梯形凸块的侧面向上移动至梯形凸块的顶面，随后小雾滴迅速合并成大雾滴，而梯形凸起顶面的粒状凸起结构具有极低的表面能，与大雾滴相互作用阻止了大雾滴在表面的铺展，减小了雾滴与顶面的接触面积，促进了大雾滴开始脱离甲板的表面，使上层甲板保持干燥，有效防止雾/冰的形成。

进一步的，所述圆弧凸起沿着梯形凸块的侧面等间隔平行排布，相邻圆弧凸起的间距为300~500 nm；圆弧凸起的高度为500~800 nm，圆弧凸起的宽度为700~900 nm。

进一步的，所述粒状凸起沿着梯形凸块的顶面均匀排布，相邻的粒状凸起之间的间距为200~400 nm，粒状凸起的直径为200~300 nm，粒状凸起的高度为300~500 nm。

进一步的，所述梯形凸块顶面的宽度为20~80 μm，梯形凸块的高度为5~9 μm；相邻的梯形凸块的间距为4~8μm。相邻梯形凸块之间的间隙表面设有用于排斥雾滴的圆弧凸起。这里的圆弧凸起与梯形凸块侧面的圆弧凸起相对应，尺寸结构完全相同，作用在于可以进一步达到排斥小雾滴。

进一步的，所述甲板本体包括上下两层用于提供强度的刚性层和设置在刚性层之间的用于保持甲板表面温度的柔性层。甲板本体布置为上下两层刚柔复合结构，上层的刚性层与微纳结构体一体成型，用于外部的防雾和防结冰，中间的柔性层作为保温层，不仅能够维持上层甲板表面的温度，而且缓释了水滴撞击甲板时的速度和能量，极大延缓甲板表面的结冰时间；下层的刚性层与上层的刚性层材质相同，主要用于承重与固定甲板。