一种用于水下航行器和水面舰船的仿生减阻方法与流程

专利检索2022-05-10  6



1.本发明涉及减阻方法技术领域,具体涉及一种用于水下航行器和水面舰船的仿生减阻方法。


背景技术:

2.表面减阻性能是水下航行器和水面舰船的重要指标之一。为了提高水下航行器和水面舰船的隐蔽性和航行效率,应尽可能降低其表面阻力。目前国内关于水下航行器和水面舰船减阻的设计还存在很多不足。
3.针对现有技术存在以下问题:专利cn109611419a提出一种金属基于水下仿生气膜减阻表面及其制备方法与应用,通过金属表面的微型凹坑状微结构进行减阻,但是减阻效果不佳;专利cn109699600a提出一种水下减阻仿生纳米结构,通过模拟海豚表面的u型结构,设计锥形结构进行减阻,但是较难应用在水下航行器上;专利cn112644637a提出一种无人水下航行器运动减阻外壳,利用外壳夹层中的海水进行减阻,但减阻效果不佳。


技术实现要素:

4.本发明提供一种用于水下航行器和水面舰船的仿生减阻方法,其中一种目的是具备提高减阻效果的功能,解决传统的减阻方法减阻效果不佳问题;其中另一种目的是解决传统的仿生结构,较难应用于水下航行器表面的问题,以达到提高该减阻方法与水下航行器的适用性的效果。
5.为解决上述技术问题,本发明所采用的技术方案是:一种用于水下航行器和水面舰船的仿生减阻方法,该仿生减阻方法采用仿生外表皮结构、水面舰船和水下航行器和水面舰船和水下航行器的浸水表面组成。
6.所述仿生外表皮结构包括仿生沟槽、仿生黏液孔和柔性软材料,所述仿生外表皮结构表面均匀开设有仿生沟槽和仿生黏液孔,所述仿生外表皮结构的外表面设置有柔性软材料。
7.所述柔性软材料的外表面与水面舰船和水下航行器的浸水表面拆卸式连接,所述柔性软材料内部装载有仿生黏液。
8.本发明技术方案的进一步改进在于:所述仿生沟槽内腔的形状模拟鲨鱼表面的微型结构,仿生外表皮结构的外表面排列状开设有多条仿生沟槽。
9.本发明技术方案的进一步改进在于:所述仿生沟槽可结合释放的仿生黏液,在水面舰船和水下航行器的行驶过程中,可改变近壁面的流场结构,实现水面舰船和水下航行器的减阻。
10.本发明技术方案的进一步改进在于:所述柔性软材料具有一定的弹性模量,在水面舰船和水下航行器的航行过程中,可受到水流的挤压作用力或人为控制压力产生形变。
11.本发明技术方案的进一步改进在于:所述仿生黏液采用仿生海洋鱼类分泌的活性
黏液,在水面舰船和水下航行器航行过程中,仿生黏液可通过仿生黏液孔排出。
12.本发明技术方案的进一步改进在于:所述仿生黏液在通过仿生黏液孔排出的过程中,可随着水面舰船和水下航行器的移动,在水面舰船和水下航行器外表面分布形成一层黏液界面,从而使水与水面舰船和水下航行器的浸水表面之间不直接接触,减小表面的摩擦阻力。
13.本发明技术方案的进一步改进在于:所述仿生黏液采用人工合成水凝胶、高分子聚合物等环境无害材料作为原料,具有能够隔绝水与水面舰船和水下航行器的表面的性能。
14.由于采用了上述技术方案,本发明相对现有技术来说,取得的技术进步是:1、本发明提供一种用于水下航行器和水面舰船的仿生减阻方法,通过模拟鲨鱼或其他游动性能优异的海洋鱼类表面的微型结构,在外表面加工出仿生沟槽,在水下航行器和水面舰船行驶过程中,仿生沟槽具有一定导向作用,会改变近壁面的流场结构,实现水下航行器和水面舰船的减阻,该过程中提高了减阻效果。
15.2、本发明提供一种用于水下航行器和水面舰船的仿生减阻方法,通过仿生海洋鱼类分泌的活性黏液,在外表面加工出仿生黏液排出的孔洞,排出的仿生黏液随着水下航行器和水面舰船的移动,在水下航行器和水面舰船外表面分布形成一层黏液界面,从而使水与水下航行器和水面舰船表面之间不直接接触,减小表面的摩擦阻力,该结构具有结构简单、体积小、易操作等优点,与水下航行器的适配程度高,进一步提高该仿生减阻方法的实用性。
附图说明
16.图1为本发明立体结构示意图;图2为本发明外表皮结构与水下航行器表面连接剖面结构示意图;图3为本发明外表皮结构与水下航行器连接结构示意图。
17.图中:1、外表皮结构;11、仿生沟槽;12、仿生黏液孔;13、柔性软材料;2、水面舰船和水下航行器;21、水面舰船和水下航行器的浸水表面。
具体实施方式
18.下面结合实施例对本发明做进一步详细说明:如图1

3所示,本发明提供了一种用于水下航行器和水面舰船的仿生减阻方法,该仿生减阻方法采用仿生外表皮结构1、水面舰船和水下航行器2和水面舰船和水下航行器的浸水表面21组成,仿生外表皮结构1包括仿生沟槽11、仿生黏液孔12和柔性软材料13,仿生外表皮结构1表面均匀开设有仿生沟槽11和仿生黏液孔12,仿生外表皮结构1的外表面设置有柔性软材料13,柔性软材料13的外表面与水面舰船和水下航行器的浸水表面21拆卸式连接,柔性软材料13内部装载有仿生黏液。
19.该仿生外表皮结构1不止适用于水面舰船和水下航行器2的下部,同时可以绕着水面舰船和水下航行器2的回转体部分一周分布使用。
20.仿生沟槽11内腔的形状模拟鲨鱼或其他游动性能优异的海洋鱼类表面的微型结构,仿生外表皮结构1的外表面排列状开设有多条仿生沟槽11,鲨鱼体表布满了盾鳞,盾鳞
上的肋条状突起使鲨鱼皮成为一种沟槽型非光滑表面,而该沟槽结构具有极好的减阻效果。
21.仿生沟槽11可采用仿生鱼鳞、鲨鱼盾鳞等生物的表面结构,同时也可以采用人工设计的非光滑表面结构,通过改变水面舰船和水下航行器2外表面附近的流场实现减小阻力的目的。
22.进一步的,仿生沟槽11在水面舰船和水下航行器2的行驶过程中,可改变近壁面的流场结构,实现水面舰船和水下航行器2的减阻,仿生沟槽11在遇到水流时具有一定导向作用,该过程中提高了水下航行器和水面舰船2的减阻效果。
23.柔性软材料13具有一定的弹性模量,在水面舰船和水下航行器2的航行过程中,可受到水流的挤压作用力或人为控制压力产生形变。
24.仿生黏液采用仿生海洋鱼类分泌的活性黏液,在水面舰船和水下航行器2航行过程中,仿生黏液可通过仿生黏液孔12排出。
25.仿生黏液在通过仿生黏液孔12排出的过程中,可随着水面舰船和水下航行器2的移动,在水面舰船和水下航行器2外表面分布形成一层黏液界面,从而使水与水面舰船和水下航行器2表面之间不直接接触,减小表面的摩擦阻力,该结构具有结构简单、体积小、易操作等优点,与水下航行器2的适配程度较高。
26.仿生黏液采用人工合成水凝胶、高分子聚合物等环境无害材料作为原料,具有能够隔绝水与水面舰船和水下航行器2的表面的性能,水凝胶、高分子聚合物作为鱼类分泌的黏液的仿制品,与其同样具有光滑附着在水下航行器表面的功效。
27.同时还可采用人工合成的有机材料如透明质酸等材料,通过在水下航行器表面形成界面隔绝海水和水面舰船和水下航行器的浸水表面21,实现减小阻力的目的。
28.本发明所提供的一种用于水下航行器和水面舰船的仿生减阻方法的有益效果为:本发明通过模拟鲨鱼或其他游动性能优异的海洋鱼类表面的微型结构,在外表面加工出仿生沟槽,在水下航行器和水面舰船行驶过程中,仿生沟槽具有一定导向作用,会改变近壁面的流场结构,实现水下航行器和水面舰船的减阻,该过程中提高了减阻效果。
29.本发明通过仿生海洋鱼类分泌的活性黏液,在外表面加工出仿生黏液排出的孔洞,排出的仿生黏液随着水下航行器和水面舰船的移动,在水下航行器和水面舰船外表面分布形成一层黏液界面,从而使水与水下航行器和水面舰船表面之间不直接接触,减小表面的摩擦阻力,该结构具有结构简单、体积小、易操作等优点,与水下航行器的适配程度高,进一步提高该仿生减阻方法的实用性。
30.上文一般性的对本发明做了详尽地描述,但在本发明基础上,可以对之做一些修改或改进,这对于技术领域的一般技术人员是显而易见的。因此,在不脱离本发明思想精神的修改或改进,均在本发明的保护范围之内。
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