[发明专利]一种水中航行器减阻功能表面微结构及其成型方法

说明书

本发明提出了一种水中航行器减阻功能表面微结构，包括基体组件，外表面上并行开设有若干微沟槽；微气泡发生组件；其中，基体组件位于相邻微沟槽之间的部位形成突出部；微气泡发生组件同时设置在若干突出部内并与各微沟槽的内部空间相接触，微气泡发生组件通过电极电解水的方式产生微气泡；将微气泡、微沟槽及疏水层进行了有机的结合实现减阻功能最大化，使微气泡发生组件通过电极电解水的方式在微沟槽内产生微气泡，微气泡持续生成且微沟槽及其内的疏水层能够延长微气泡在基体组件表面的停留时间，同时电极原位电解海水还能够产生氯气，能够降低海生物等杂质附着在基底外表面上，能够降低微结构丧失疏水减阻能力的情况发生。

技术领域

本发明涉及水中航行器表面减阻技术领域，尤其涉及一种水中航行器减阻功能表面微结构及其成型方法。

背景技术

水下航行体作为海洋勘探、运输、搜救等活动的重要载体，在海洋经济建设和海洋国防中发挥着重要作用。水下航行体在行进时受到的压差阻力和摩擦阻力会严重影响航行速度，其带来的能量消耗不仅制约了航程，也限制了水下航行体负载能力与机动性。为了实现降低压差阻力和摩擦阻力对航行器航行速度的影响，除了对水下航行体形状进行优化，还需要对摩擦阻力进行有效的控制。

有效降低表面摩擦阻力的方法主要有沟槽微结构、超疏水微纳结构、微气泡等。沟槽微结构是特征尺寸在1～100微米量级、具有特定功能的微小拓扑形状，如微沟槽阵列、微坑阵列、微金字塔阵列结构等。这些微结构通常分布于10～1000毫米量级的跨尺度机械表面上，能够改变零件表面摩擦、润滑、粘附、耐磨性及流体力学性能等物理特性，从而显著提高机械产品和功能零部件的功能特性，包括：运行效率、能耗、润滑密封、工作噪声、节材轻量化、使役寿命等。将沟槽微结构、超疏水微纳结构及微气泡应用在水下装备的水下减阻功能中具有十分可观的前景。

但上述各种类型的微结构主要的优缺点在于：沟槽微结构减阻实用性好，寿命长，但减阻率一般，适用于中低航速工况，航速过大可能增阻；超疏水微纳结构减阻效果较好，但鲁棒性不佳，易发生减阻功能湮灭甚至是增阻现象；微气泡减阻率高，可用于高航速工况，但需解决气源的持续供给、气泡的稳定驻留、气膜的可控铺展等问题。可见，目前的单一减阻方案都或多或少存在难以有效应用的问题。

中国专利CN104854204B公开了一种摩擦阻力减少船舶的涂料组合物和摩擦阻力减少系统，结合了疏水涂层与微气泡的减阻方案；中国专利CN115258033A公开了一种微沟槽仿生减阻结构及其制备方法，结合了沟槽微结构与微气泡的减阻方案。但上述方案都并未有效的解决微气泡气源持续供给以及微气泡稳定驻留的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种水中航行器减阻功能表面微结构及其成型方法，用于解决沟槽微结构与微气泡结合的减阻方案难以有效解决微气泡气源持续供给以及微气泡稳定驻留的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：本发明提供了一种水中航行器减阻功能表面微结构，包括基体组件，外表面上并行开设有若干微沟槽；微气泡发生组件；其中，基体组件位于相邻微沟槽之间的部位形成突出部；微气泡发生组件同时设置在若干突出部内并与各微沟槽的内部空间相接触，微气泡发生组件通过电极电解水的方式产生微气泡。

在以上技术方案的基础上，优选的，基体组件包括第一基体，外表面上并行开设有若干微沟槽；第二基体，敷设在第一基体外表面位于各微沟槽以外的部分上并形成突出部；其中，突出部内沿微沟槽轴向开设有腔道，腔道沿其延伸方向的两侧与微沟槽相连通；微气泡发生组件夹设在第一基体与第二基体之间并设置在腔道内。

更进一步优选的，微气泡发生组件包括若干第一电极部、若干第二电极部及电源；若干第一电极部及若干第二电极部交替设置在若干腔道内；若干第一电极部串联或者并联并连接电源的正极；若干第二电极部串联或者并联并连接电源的负极。