[发明专利]一种基于微Stewart机构的盾鳞覆瓦式减阻降噪蒙皮

说明书

本发明提供一种基于微Stewart机构的盾鳞覆瓦式减阻降噪蒙皮，用于减小水下航行器在航行过程中产生的流体阻力和噪声。本发明是由多个微Stewart盾鳞单元按覆瓦式排列构成的具有减阻降噪功能的蒙皮。其中，微Stewart盾鳞单元包括仿生盾鳞鳞片、上平台、上连接铰链、弹性支腿、下连接铰链和下平台。仿生盾鳞鳞片固定于上平台的上端面，弹性支腿通过上、下连接铰链分别与上、下平台固定。本发明能够很好地模拟鲨鱼盾鳞在流场中具有半封闭空间喷射流体、容纳横向流动的流体和可以多维运动的形态，从而有效减小流体阻力和水动力噪声。此外，本发明能够很好地抑制水下航行器内外部噪声的反射与透射，从而实现消音(声隐)功能。

技术领域

本发明涉及一种水下航行器蒙皮，尤其涉及一种基于微Stewart机构的盾鳞覆瓦式减阻降噪蒙皮，能使水下航行器实现流体减阻和降噪功能。

背景技术

随着科学技术的发展以及国家战略需求的日益增长，对水下航行器的快速性和隐蔽性都提出了更高的要求。因此，如何提高水下航行器的减阻降噪性能，成为了船舶机械设计制造领域的研究热点。

近年来，随着人类对大自然探索的不断深入，仿生表面减阻技术得到了快速的发展和广泛应用。其中，鲨鱼因其在水中游动的快速性和隐蔽性成为减阻仿生学中的重要研究对象。鲨鱼之所以具有快速灵活的游动特性，与其体表覆盖的盾鳞有很大的关联。这种盾鳞表面的沟槽结构能够改善湍流边界层的流体结构和流动状态，从而能有效减小水体阻力，获得极高的游速。因此，研究人员仿照鲨鱼盾鳞设计了沟槽减阻结构，并将其应用于飞机和舰船等设备表面的减阻降噪。鲨鱼能够快速灵活地游动，除了盾鳞本身的沟槽结构外，另一个原因是其体表盾鳞的覆瓦式排列。盾鳞按覆瓦式排列形成的半封闭空间能够喷射出流体减轻边界层中流体压力的失真程度，且能够容纳横向流动的流体以平衡因流体射出而形成的压力差，从而有利于减小流体阻力。

然而，现有的仿生盾鳞基本上是采用刻切加工的方式织构出鲨鱼盾鳞表面的沟槽结构，忽略了鲨鱼盾鳞多自由度运动形态和按覆瓦式排列形成的半封闭空间所产生的减阻效果，因此减阻能力远远达不到鲨鱼在自然环境中游动时的水平。

发明内容

本发明的目的是为了用于减小水下航行器在航行过程中产生的流体阻力和噪声而提供一种基于微Stewart机构的盾鳞覆瓦式减阻降噪蒙皮。

本发明的目的是这样实现的：包括微Stewart盾鳞单元，微Stewart盾鳞单元按照覆瓦式排列固定在水下航行器壳体上，每个微Stewart盾鳞单元包括Stewart平台、仿生盾鳞鳞片，Stewart平台的下平台与水下航行器壳体上，仿生盾鳞鳞片设置在Stewart平台的上平台上。

进一步地，所述仿生盾鳞鳞片是仿照鲨鱼表皮盾鳞表面的形貌，由有机高分子材料制成。

进一步地，Stewart平台包括上平台、上连接铰链、弹性支腿、下连接铰链和下平台，所述上平台下端面绕其中心轴线均匀设置有3对上连接铰链，所述下平台上端面绕其中心轴线均匀设置有3对下连接铰链，所述每对上连接铰链的竖直投影均位于相邻两对所述下连接铰链之间，述弹性支腿的两端分别与相邻的所述上、下连接铰链固定。

进一步地，所述上平台、下平台和连接铰链由金属材料制成，所述弹性支腿由弹簧或具有弹性的有机高分子材料制成。

进一步地，所述上平台上端面具有倾斜角度。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明中的仿生盾鳞鳞片能够对湍流相干结构产生控制作用，降低边界层内的湍流动量交换，从而减小水下航行器在航行过程中产生的流体阻力和噪声；

2.本发明中的微Stewart盾鳞单元属于一种并联式六自由度机构，可以很好地模拟鲨鱼盾鳞的多维运动形态，且对振动弹性波具有强烈的衰减作用，进而能有效削弱湍流对其表面产生的激励和壳体振动，从而实现流体降噪功能。