[发明专利]一种水下航行器粘液减阻装置

说明书

技术领域

本发明属于船舶减阻增效技术领域，具体涉及一种水下航行器粘液减阻装置。

背景技术

在船舶领域，快速性一直是重要的性能指标之一。船舶的快速性指标，一般指船舶在推力对阻力的对抗作用下，在静水中作等速直线运动时，所能达到最大可能的航速值。快速性的优劣，对民用船舶来说将在一定程度上影响船舶的使用性和经济性，对军用舰艇而言，与提高舰艇的作战性能密切相关，因此每一艘船舶在设计任务书中就给定明确的快速性指标。当船舶的推力固定时，为了提高快速性指标，则需要通过各种手段，使得船舶在航行过程中受到的总阻力降低。

水下航行器所受的阻力可分为摩擦阻力、形状阻力和粗糙度附加阻力三部分。传统的减阻方式主要通过外形的优化设计降低形状阻力，通过提高光洁度和控制加工时的表面粗糙度降低粗糙度附加阻力。在已经采用流线外形的水下航行器以及现有加工工艺下，传统方法进一步降低阻力的空间已经不大。事实上，船舶的摩擦阻力一般大于形状阻力，可占到总阻力的50％以上。对于水下航行器，这一比例还要更高。因此，想要进一步减小水下航行器的阻力，必须从减小表面的摩擦阻力入手。

目前主流的表面减阻方法主要有超疏水减阻、沟槽减阻与粘液减阻等。其中超疏水减阻表面的气穴结构在水压的作用下易发生破坏，不适用于水下减阻。沟槽减阻方法的减阻效率相对较差，且沟槽容易被海洋生物附着而失去减阻效果。粘液减阻的减阻效果相对较高。研究表明，在流体中加入少量的减阻粘液(其成分主要为高分子聚合物或表面活性剂分子)，湍流流动的摩擦阻力将显著降低。然而目前，粘液减阻的方法主要用于石油、供暖等内流管道，尚未应用于船舶领域。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种水下航行器粘液减阻装置，能够根据水下航行器的航速自动调节减阻粘液释放速度，使减阻粘液均匀、持续的覆盖水下航行器的大部分外表面，以提高水下航行器的最大航速，并能在同等航速下减小能量消耗。

本发明是通过下述技术方案实现的：

一种水下航行器粘液减阻装置，包括：气瓶、活塞缸、流量控制阀、控制器、接头、粘液及气管和液管；

其外围设备为水下航行器；

所述水下航行器外壳的平行段上开有一圈或两圈沿其圆周方向均匀分布的粘液释放孔；

所述气瓶用于提供粘液释放的驱动力；

所述控制器用于获取水下航行器的航速，并依据其内部预存的航速与粘液流量的关系曲线得到当前航速下所需的粘液释放流量，控制流量控制阀的开口大小；

所述接头有一个入口和一个以上的出口，所述出口个数与粘液释放孔的个数相同；

其连接关系如下：所述活塞缸腔体通过活塞分为两部分，一侧腔体通过气管与气瓶连接，另一侧腔体内部为粘液，活塞缸充满粘液的腔体通过设置有流量控制阀的液管与接头的入口连接，接头的一个以上的出口分别通过液管与水下航行器外壳上的粘液释放孔相连；控制器与流量控制阀连接。

进一步的，所述活塞缸为双体活塞缸，包括：第一缸体、第一活塞、连杆、通海管、第二活塞及第二缸体；

第一活塞位于第一缸体内部，将第一缸体的内腔分为两个腔体，分别为腔体A和腔体B，腔体A通过气管与气瓶相通；

第二活塞位于第二缸体内部，将第二缸体的内腔分为两个腔体，分别为腔体C和腔体D，腔体C通过通海管与水下航行器外部的海水相通，腔体C内部为海水，腔体D通过设置有流量控制阀的液管与接头的入口连接，腔体D内部为粘液；

连杆的两端分别位于第一缸体的腔体B内及第二缸体的腔体C内，且分别与第一活塞及第二活塞固定连接。

进一步的，所述粘液为高分子聚合物或表面活性剂，所述高分子聚合物或表面活性剂中的分子为长链有序结构。

进一步的，所述粘液释放孔的轴线向水下航行器的尾部倾斜30度。

进一步的，当所述粘液释放孔的个数不影响水下航行器耐压壳体的耐压能力时，粘液释放孔加工在水下航行器的耐压壳体上；否则所述粘液释放孔加工在水下航行器的非耐压壳体上。

进一步的，若粘液释放孔位于水下航行器的耐压壳体上，气瓶、双体活塞缸、流量控制阀、控制器及接头均位于水下航行器的耐压壳体内部；

若粘液释放孔位于水下航行器的非耐压壳体上，气瓶、双体活塞缸、流量控制阀及控制器均位于水下航行器的耐压壳体内部；接头位于水下航行器的耐压壳外。

进一步的，所述第一缸体与第二缸体的轴向长度相等，第一缸体的直径小于第二缸体的直径。

进一步的，所述气瓶提供的压力P的确定方法为：