[發明專利]基于微鉆頭制孔的電極壁面微凹坑電解微氣泡發生裝置

有效

• 申請號: 202010882142.0
• 申請日: 2020-08-27
• 公開（公告）號: CN112026983B
• 公開（公告）日: 2021-09-17
• 發明（設計）人: 劉志榮;朱睿;莊啟彬;李尚;張子捷;吳德志
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: B63B1/38
• 分類號: B63B1/38
• 代理公司: 廈門原創專利事務所(普通合伙) 35101
• 代理人: 徐東峰

基于微鉆頭制孔的電極壁面微凹坑電解微氣泡發生裝置，涉及水下航行體主動式減阻技術領域。包括基體、碳棒和穩壓直流電源，所述基體的表面設有電極壁面微凹坑結構，基體的上表面鋪設有聚酰亞胺涂層，基體的下表面通過電源導線連接穩壓直流電源的負極，碳棒連接穩壓直流電源的負極。通過電解NaCl溶液，可以實現微氣泡生長的自適應控制，無需連續、長時間地通入氣體，當微氣泡破裂、脫落或氣液界面低于鋪設的聚酰亞胺涂層時，裝置自動觸發電解電路，實現微氣泡的自適應控制，適用于水面艦船和水下航行器；能夠穩定地維持微氣泡，有利于實際工程、軍事應用。

技術領域

本發明涉及水下航行體主動式減阻技術領域，尤其是涉及一種基于微鉆頭制孔的電極壁面微凹坑電解微氣泡發生裝置。

背景技術

水下航行器受到的阻力約是空中飛行器的1000多倍，導致傳統水下作戰兵器普遍存在速度慢、航程短、精度低的缺陷。為了提高水下航行器的航速，改善水下兵器的作戰性能，目前一般采用增大推進動力和降低航行阻力這兩種技術途徑。由于在常規情況下，推力增加八倍才能使航行器的航速提高一倍。而有限尺寸的航行器限制了推力裝置的規模，因此采用常規方法來顯著提高航行器航速十分困難。而且，目前采用優化水下航行器線型實現減阻的方式已很難實現阻力的明顯降低。

近年來，仿生溝槽表面和微氣泡形成的氣墊對于流動減阻的潛在應用價值，使之成為水下減阻領域的研究熱點之一。當前，針對微氣泡形成、駐留控制等減阻技術主要存在以下技術瓶頸有待突破：微氣泡產生主要通過通氣方式，該方式產生的微氣泡尺寸難以控制，且能耗很大；同時，目前具有的通過電解產生微氣泡的技術，生成的微氣泡在航行體表面駐留的穩定性較差，難以實現對微氣泡尺寸生長的控制，且無法實現微氣泡破裂或從凹坑脫落時的自適應控制，因此，為提高水下航體航程、航速，迫切需要發明一種基于微鉆頭制孔新型自適應控制微氣泡減阻發生裝置，以實現水中多尺度復雜流動環境中適時有效的減阻。

發明內容

本發明的目的在于克服微氣泡減阻技術中存在的微氣泡難以穩定駐留以及難以實現自我補充的關鍵問題，提供一種通過電解NaCl溶液的基于微鉆頭制孔的電極壁面微凹坑電解微氣泡發生裝置，可提高微氣泡的駐留穩定性，提升微氣泡駐留率，實現微氣泡減阻。

本發明包括基體、碳棒和穩壓直流電源，所述基體的表面設有電極壁面微凹坑結構，基體的上表面鋪設有聚酰亞胺涂層，基體的下表面通過電源導線連接穩壓直流電源的負極，碳棒連接穩壓直流電源的負極。

所述基體可采用金屬銅片。

所述電極壁面微凹坑呈圓柱形設置。

所述電極壁面微凹坑的直徑可為40～400μm，深度可為20～200μm。

所述電極壁面微凹坑可通過微鉆頭鉆孔形成，且呈均布或線性增加間隔設置。

所述涂層可采用液態聚酰亞胺。

所述聚酰亞胺涂層的厚度可為20～50μm。

所述基體下表面和電源導線連接處覆蓋一層500nm厚度的導電膠。

本發明所述基于微鉆頭制孔的電極壁面微凹坑電解微氣泡發生裝置，可采用以下方法制作：

1)表面有機清洗：采用有機清洗劑對基體表面進行清洗；

2)制作聚酰亞胺涂層：將基體固定至旋涂機上，在基體上表面旋涂液態聚酰亞胺，使得基體上表面均布聚酰亞胺涂層；

3)烘干聚酰亞胺涂層：采用真空烘干機，對已旋涂聚酰亞胺的基體在130℃下真空烘干5min；

4)制作微凹坑：在已旋涂聚酰亞胺涂層的基體上使用微鉆頭，鉆孔形成電極壁面微凹坑；

5)導線連接：將電源導線一端通過導電膠連接到基體下表面，另一端連接至穩壓直流電源的負極，將碳棒通過電源導線連接到穩壓直流電源正極。