[發(fā)明專利]一種基于仿河鲀體刺的角度可調(diào)減阻裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011306348.5
• 申請(qǐng)日: 2020-11-19
• 公開（公告）號(hào): CN112478043B
• 公開（公告）日: 2021-08-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 田桂中;賈長峰;周宏根;馮曉明;朱燁圣;范東亮;石晉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江蘇科技大學(xué)
• 主分類號(hào): B63B1/34
• 分類號(hào): B63B1/34;B63B1/36
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 蘇虹

本發(fā)明公開了一種基于仿河鲀體刺的角度可調(diào)減阻裝置，包括具有收容空間的基體、體刺結(jié)構(gòu)和角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)；基體設(shè)有用于支撐體刺結(jié)構(gòu)的多孔剛性基底，體刺結(jié)構(gòu)包括滾動(dòng)體以及與滾動(dòng)體固定連接的減阻元，滾動(dòng)體置于剛性基底開設(shè)的孔內(nèi)并與其相適配，減阻元伸出基體外，角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)與滾動(dòng)體相連；剛性基底的外表面覆蓋有彈性層，彈性層與減阻元緊密貼合、并與基體形成密閉腔體；角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)滾動(dòng)體在剛性基體的孔內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而調(diào)節(jié)減阻元的角度。本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)減阻最優(yōu)化且可適用于各種條件，避免試驗(yàn)中多次更換構(gòu)件造成浪費(fèi)、節(jié)約時(shí)間來提高試驗(yàn)的效率，優(yōu)化減阻效果的同時(shí)，降低構(gòu)件損壞率，并提高構(gòu)件適用性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種可調(diào)減阻裝置，特別是涉及一種基于仿河鲀體刺的角度可調(diào)減阻裝置。

背景技術(shù)

隨著能源消耗的不斷增加，對(duì)船舶，潛艇等航行體的綜合性能提出了更高的要求。在航行過程中需要克服的各種阻力，例如興波阻力，渦流阻力和摩擦阻力，其中摩擦阻力占總阻力的40％-80％，可見降低流體摩擦阻力可以提高航行體的航行速度和能源利用率等綜合性能。仿生學(xué)研究表明，非光滑的結(jié)構(gòu)可以通過調(diào)節(jié)體表結(jié)構(gòu)來改變邊界層的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)，從而減少摩擦阻力。

現(xiàn)有表面減阻技術(shù)仿生多種生物對(duì)象，包括仿鯊魚表面的溝槽結(jié)構(gòu)、溝槽與表皮黏液耦合的減阻表面以及仿河鲀表皮形貌的水下減阻表面。但是，現(xiàn)有技術(shù)中的減阻裝置減阻效果差，裝置的損壞率較高，適用場(chǎng)景受限。如CN201810372796.1公開的仿生物表皮的表面參數(shù)可調(diào)減阻裝置，其包括具有容納空間的基體，覆蓋于該基體上、以使其構(gòu)成密閉型腔的高彈性薄膜，填充于密閉型腔內(nèi)的介質(zhì)和沿豎直方向上設(shè)置支撐件，基體內(nèi)還設(shè)有可沿其壁上下移動(dòng)、用于支撐介質(zhì)和支撐件的基板，密閉型腔內(nèi)介質(zhì)壓力和基板位置可有液壓控制中心協(xié)調(diào)控制，進(jìn)而調(diào)節(jié)減阻裝置的表面參數(shù)。通過剛?cè)狁詈系谋砻鎱?shù)調(diào)節(jié)裝置以實(shí)現(xiàn)減阻的作用，但是這種結(jié)構(gòu)運(yùn)用于實(shí)際中，使得結(jié)構(gòu)(高彈性薄膜)造成損壞，加之基體上的開孔與薄膜會(huì)產(chǎn)生一定的間隙，以此造成減阻效果差。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種基于仿河鲀體刺的角度可調(diào)減阻裝置，減阻效果好，適用性強(qiáng)，且不易損壞。

技術(shù)方案：本發(fā)明的一種基于仿河鲀體刺的角度可調(diào)減阻裝置，該裝置包括具有收容空間的基體，體刺結(jié)構(gòu)，以及設(shè)置于基體內(nèi)部的角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)；基體設(shè)有用于支撐體刺結(jié)構(gòu)的多孔剛性基底，體刺結(jié)構(gòu)包括滾動(dòng)體以及與滾動(dòng)體固定連接的減阻元，滾動(dòng)體置于剛性基底開設(shè)的孔內(nèi)并與其相適配，減阻元伸出基體外，角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)與滾動(dòng)體相連；剛性基底的外表面覆蓋有彈性層，彈性層與減阻元緊密貼合、并與基體形成密閉腔體；角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)滾動(dòng)體在剛性基體的孔內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而調(diào)節(jié)減阻元的角度。

為了進(jìn)一步調(diào)節(jié)減阻元的角度，以提高減阻效果；減阻元角度包括傾斜角度α和來流角度β；傾斜角度α是指減阻元軸線與其在彈性覆蓋層表面的投影線所形成的夾角；來流角度β是指減阻元軸線在彈性覆蓋層表面的投影線與來流方向所形成的夾角。采用的減阻元角度可調(diào)范圍：傾斜角度α的范圍約為30°～150°，來流角度β的范圍為0°～360°。應(yīng)用于本發(fā)明的減阻，根據(jù)生物的特性，傾斜角度α的范圍設(shè)為30°～90°，來流角度β的范圍設(shè)為0°～50°或310°～360°。

角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括與滾動(dòng)體相連的四桿機(jī)構(gòu)群，以及與四桿機(jī)構(gòu)群相連的傾斜角度調(diào)節(jié)裝置和來流角度調(diào)節(jié)裝置；傾斜角度調(diào)節(jié)裝置和來流角度調(diào)節(jié)裝置均與位移控制器相連。位移控制器通過控制傾斜角度調(diào)節(jié)裝置和來流角度調(diào)節(jié)裝置的角度調(diào)節(jié)四桿機(jī)構(gòu)群，進(jìn)而調(diào)節(jié)減阻元的角度，即傾斜角度和來流角度。

優(yōu)選地，四桿機(jī)構(gòu)群包括若干豎直連桿和水平連桿，豎直連桿與滾動(dòng)體的底部采用螺栓固定連接，且豎直連桿和滾動(dòng)體的軸線重合；豎直連桿與水平連桿鉸接形成四桿機(jī)構(gòu)群。

其中，減阻元位于滾動(dòng)體上方，減阻元呈凸起結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，所述減阻元為圓錐結(jié)構(gòu)。

其中，所述彈性層粘貼于多孔剛性基底上，與其形成密封性良好的型腔，與外界工作介質(zhì)相接觸、實(shí)現(xiàn)減阻，其尺寸由減阻表面整體尺寸決定。