[发明专利]一种表面减阻结构材料

说明书

本发明属于减阻增速技术领域，涉及一种表面减阻结构材料，具体为一种表面有微型沟槽，内部为空腔的鳞片状翘起结构材料，由若干个表面带沟槽和内部为中空腔体的减阻单元经过阵列化排列组成，减阻单元的内部为空腔，支柱端与基材接触并固定在基材上，悬空端为倾斜面，且具有沟槽结构，支柱端和悬空端均开设有使腔体与外界连通的通孔，腔体内填充有粘液，粘液在水流压强作用下缓慢释放，分布到沟槽表面，实现粘液和结构的协同减阻功能；其结构与制备方法简单，设计巧妙，应用于水下航行器壳体表面，可提升水下航行器减阻降耗、增程续航能力，且无需占用内部空间，也不用消耗额外电力，具有潜在的应用前景。

技术领域：

本发明属于减阻增速技术领域，具体涉及一种表面有微型沟槽，内部为空腔的鳞片状翘起结构材料，能够储存和释放粘液，具有减阻功能。

背景技术：

水下航行器包括水下无人航行器(UUV)、水下自主潜航器(AUV)、载人潜水器(HOV)和无人遥控潜水器(ROV)等，快速性是影响其使用性、经济性和航运能力的重要指标，当水下航行器的推力固定时,降低航行阻力是提高快速性的重要手段。因此，针对水下航行器航行面临流体阻力的问题，对其表面进行减阻处理是提高快速性、节省燃油消耗的重要措施。由于水下航行器的摩擦阻力占到总阻力的50％以上，从减小表面摩擦阻力角度出发，研究了超疏水减阻、沟槽减阻、粘液(高聚物或表面活性剂)减阻、结构和粘液协同减阻等技术，其中，结构减阻和粘液减阻相协同可实现更高的减阻效果。

中国专利201910168276.3公开的一种水下航行器粘液减阻装置，包括储液箱、分流管、输送管、集流管和回收箱；所述分流管通过管路与所述储液箱连接，分流管、集流管均整体呈圆环状，且其上对称、均匀开设多个通孔，输送管通过所述通孔连接在所述分流管和所述集流管之间，输送管的外侧面上均匀设置多个粘液释放孔，且所述输送管安装在航行器的内部边缘处，储液箱和所述回收箱之间设有循环泵；其将减阻粘液以喷射的方式输送到航行器表面，不但需要电力支持输送，而且占用内部空间。中国专利201811053561.2公开的一种高聚物浓溶液快速均匀稀释装置,包括控制器、引水管、计量泵、分支管、电动阀、电磁流量计、存储室、上游腔室、下游腔室、混合段、弯管段、电磁阀、输出管，所述控制器接收外部稀释指令，并输出控制信号，各组件接收对应信号后自动启动并调节；所述引水管位于计量泵前部处于上游位置，并经由分支管输出两路，其中一路经存储室进入混合段，另一路与混合段一端连接，混合段另一端依次连接弯管段、电磁阀、输出管；所述存储室用于存储预先配制的高聚物浓溶液，存储室内部分为上游腔室和下游腔室，两个腔室间以滑动活塞相隔；分支管输出的水经电动阀和电磁流量计进入上游腔室，活塞的移动使得下游腔室置换输出高聚物浓溶液；输出的浓溶液由管路进入混合段中部，该混合段中部为光滑收缩结构，使高聚物浓溶液输出；同时分支管输出的另一管路进入混合段与高聚物浓溶液进行掺混，并输出稀溶液至弯管段，经弯管段的高聚物稀溶液通过电磁阀及输出管实现输出；所述控制器分别与计量泵、电动阀、电磁流量计、电磁阀连接；其是在航行器内部携带高浓度减阻粘液，通过稀释、掺混得到低浓度减阻粘液，增加的稀释和掺混装置，同样消耗电力且占用更多的空间。中国专利202010447897.8公开的一种水力自驱动式减阻粘液稀释释放装置，包括粘液喷嘴、稀释掺混腔体、搅拌棒、释放喷嘴、进水管、电磁流量计、粘液输送管道、粘液稀释装置、水力涡轮、支撑棒和搅拌圆棒，电磁流量计安装在进水管上，稀释掺混腔体位于进水管后部，所述稀释掺混腔体为中空长方体，两端敞口，稀释掺混腔体后部与释放喷嘴连接为一体结构，释放喷嘴为渐缩段，搅拌棒位于稀释掺混腔体内通过轴承连接在稀释掺混腔体内壁上，稀释掺混腔体前端部壁面开有对称通孔，粘液喷嘴固定在稀释掺混腔体通孔内与稀释掺混腔体上通孔过盈配合，粘液喷嘴用于喷射减阻浓粘液与来流水混合稀释；所述搅拌棒为涡轮圆棒结构，水力涡轮与搅拌圆棒交错分布，在支撑棒的支撑下，带动搅拌圆棒旋转，所述搅拌棒沿稀释掺混腔体轴线横向、竖向设置，每组有搅拌棒三个，平行排列；所述释放喷嘴位于稀释掺混腔体后部水流方向下游，释放喷嘴渐缩段利于减阻粘液掺混均匀，根据流量公式q＝dv，当管径直径d渐变小时，通过的流量q不变，其流速v增加，从而产生喷射释放功能；所述释放喷嘴喷射端当量直径与稀释掺混腔体当量直径之比为1:3～1:2；其稀释掺混腔体利用来流水力自驱动实现均匀掺混，节省了掺混部分的电力，但仍需要内部空间安装高浓度粘液、稀释和掺混装置。