[發(fā)明專利]一種水下航行器外殼減阻表面結(jié)構(gòu)

有效

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• 申請日: 2021-04-07
• 公開（公告）號: CN113200119B
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 薛龍建;李倩;吳悠;陳雯慧;林振
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢大學(xué)
• 主分類號: B63B1/34
• 分類號: B63B1/34;B63B1/40
• 代理公司: 武漢科皓知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 楊宏偉

本發(fā)明公開了一種水下航行器外殼減阻表面結(jié)構(gòu)，包括設(shè)于水下航行器外殼的羽毛形減阻結(jié)構(gòu)陣列，所述羽毛形減阻結(jié)構(gòu)陣列在水下航行器外殼上下表面呈非對稱分布，所述非對稱分布為羽毛形減阻結(jié)構(gòu)陣列在水下航行器外殼上下表面的結(jié)構(gòu)非對稱、結(jié)構(gòu)尺寸非對稱或排布方式非對稱中的一種或多種的組合；組成羽毛形減阻結(jié)構(gòu)陣列的羽毛形減阻結(jié)構(gòu)由羽軸結(jié)構(gòu)和羽枝結(jié)構(gòu)組成，其中，所述羽軸結(jié)構(gòu)沿著航行器外殼表面流體流向排列，所述羽枝結(jié)構(gòu)順流方向的分布于羽軸結(jié)構(gòu)兩側(cè)。本發(fā)明的非對稱水下航行器表面能夠有效降低航行器與水的摩擦阻力，達(dá)到節(jié)能減排的有益效果并能提高航行器航行的平穩(wěn)性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于流體力學(xué)領(lǐng)域，尤其涉及一種表面結(jié)構(gòu)，具體涉及一種水下航行器外殼減阻表面結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

水下航行器是一種航行于水下的航行體，包括載人水下航行器和無人水下航行器，它能夠完成水下勘探、偵測甚至是軍事上的進(jìn)攻防守等任務(wù)。在海洋開發(fā)日益重要的現(xiàn)在，水下航行器越來越得到了各個(gè)國家的重視，無論是在民用還是在軍用上，都扮演著重要的角色。但是在海洋中航行時(shí)，由于和海水流動相互作用，產(chǎn)生流體阻力和噪聲，導(dǎo)致航速和水下兵器的作戰(zhàn)性能降低。

目前航行器的減阻技術(shù)普遍為溝槽面湍流減阻、柔性面法、微氣泡法、疏水減阻等，突破了表面越光滑阻力越小的傳統(tǒng)思維方式。傳統(tǒng)的減阻技術(shù)作用于航行器表面時(shí)，往往呈現(xiàn)為對稱結(jié)構(gòu)，效果不盡人意，所以目前航行器航行阻力依然較大。因此，如何突破傳統(tǒng)作用于航行器表面減阻技術(shù)，進(jìn)一步降低航行器航行阻力，已成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種水下航行器外殼減阻表面結(jié)構(gòu)，突破傳統(tǒng)減阻結(jié)構(gòu)的技術(shù)障礙，大幅度降低水下航行器的阻力。

為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種水下航行器外殼減阻表面結(jié)構(gòu)，其特征在于：包括設(shè)于水下航行器外殼的羽毛形減阻結(jié)構(gòu)陣列，所述羽毛形減阻結(jié)構(gòu)陣列在水下航行器外殼上下表面呈非對稱分布，所述非對稱分布為羽毛形減阻結(jié)構(gòu)陣列在水下航行器外殼上下表面的結(jié)構(gòu)非對稱、結(jié)構(gòu)尺寸非對稱或排布方式非對稱中的一種或多種的組合；組成羽毛形減阻結(jié)構(gòu)陣列的羽毛形減阻結(jié)構(gòu)由羽軸結(jié)構(gòu)和羽枝結(jié)構(gòu)組成，其中，所述羽軸結(jié)構(gòu)沿著航行器外殼表面流體流向排列，所述羽枝結(jié)構(gòu)順流方向的分布于羽軸結(jié)構(gòu)兩側(cè)。

本發(fā)明水下航行器為中間段為圓柱形，所述羽毛形減阻結(jié)構(gòu)陣列設(shè)于水下航行器中間段表面。

進(jìn)一步地，本發(fā)明羽毛形減阻結(jié)構(gòu)為微米級結(jié)構(gòu)，羽軸結(jié)構(gòu)和羽枝結(jié)構(gòu)也是微米級。

進(jìn)一步地，所述羽軸結(jié)構(gòu)和羽枝結(jié)構(gòu)均由設(shè)于水下航行器外殼表面的溝壑或凸起形成，具體的有四種組合，第一種、即羽軸結(jié)構(gòu)和羽枝結(jié)構(gòu)均采用在水下航行器外殼加工溝壑形成，加工的方式可以采用模板印刷、刻蝕或者激光直寫等技術(shù)；第二種、羽軸結(jié)構(gòu)和羽枝結(jié)構(gòu)均采用在水下航行器外殼加工凸起形成，加工方式除了模板印刷、刻蝕、激光直寫以外還可以是增材制造；第三種、羽軸結(jié)構(gòu)為溝壑，羽枝結(jié)構(gòu)為凸起，加工方式參見前兩種；第四種、羽軸結(jié)構(gòu)為凸起，羽枝結(jié)構(gòu)為溝壑，加工方式參見前兩種。

進(jìn)一步地，所述羽毛形減阻結(jié)構(gòu)中羽軸和羽枝的橫截面形狀為圓形、半圓形、橢圓形、多邊形和不規(guī)則形狀中的任意一種或多種組合。

進(jìn)一步地，所述羽軸結(jié)構(gòu)和羽枝結(jié)構(gòu)的寬度比為1:1～10:1，該寬度為等效寬度或者最大寬度，所謂等效寬度是針對不規(guī)則形狀，將不規(guī)則形狀等效為一個(gè)圓形，該等效圓形直徑為等效寬度。

進(jìn)一步地，所述羽軸結(jié)構(gòu)和羽枝結(jié)構(gòu)可為直線型、曲線型和不規(guī)則線條型中的一種或者幾種組合。

進(jìn)一步地，所述結(jié)構(gòu)非對稱是指羽毛形減阻結(jié)構(gòu)在水下航行器外殼上下表面采用不同的結(jié)構(gòu)形狀；具體的，在水下航行器外殼上、下表面，羽毛形減阻結(jié)構(gòu)分別采用不同形狀，或者隨著水下深度增加，羽毛形減阻結(jié)構(gòu)的形狀規(guī)律變化。