CN108454780B - 一种仿生物表皮的表面参数可调减阻装置 - Google Patents

一种仿生物表皮的表面参数可调减阻装置 Download PDF

Info

Publication number
CN108454780B
CN108454780B CN201810372796.1A CN201810372796A CN108454780B CN 108454780 B CN108454780 B CN 108454780B CN 201810372796 A CN201810372796 A CN 201810372796A CN 108454780 B CN108454780 B CN 108454780B
Authority
CN
China
Prior art keywords
damping device
supporting element
matrix
substrate
pressing plate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201810372796.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108454780A (zh
Inventor
田桂中
许琛
李晓青
周宏根
李磊
李国超
刘金锋
景旭文
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SWOBODA KUNSHAN Co.,Ltd.
Original Assignee
Jiangsu University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jiangsu University of Science and Technology filed Critical Jiangsu University of Science and Technology
Priority to CN201810372796.1A priority Critical patent/CN108454780B/zh
Publication of CN108454780A publication Critical patent/CN108454780A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108454780B publication Critical patent/CN108454780B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B1/00—Hydrodynamic or hydrostatic features of hulls or of hydrofoils
    • B63B1/32—Other means for varying the inherent hydrodynamic characteristics of hulls
    • B63B1/34—Other means for varying the inherent hydrodynamic characteristics of hulls by reducing surface friction
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B1/00—Hydrodynamic or hydrostatic features of hulls or of hydrofoils
    • B63B1/32—Other means for varying the inherent hydrodynamic characteristics of hulls
    • B63B1/34—Other means for varying the inherent hydrodynamic characteristics of hulls by reducing surface friction
    • B63B1/36—Other means for varying the inherent hydrodynamic characteristics of hulls by reducing surface friction using mechanical means
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T70/00—Maritime or waterways transport
    • Y02T70/10—Measures concerning design or construction of watercraft hulls

Abstract

本发明公开了一种仿生物表皮的表面参数可调减阻装置，包括具有容纳空间的基体，覆盖于该基体上、以使其构成密闭型腔的高弹性薄膜，填充于密闭型腔内的介质和沿竖直方向设置的支撑件，基体内还设有可沿其壁上下移动、用于支撑介质和支撑件的基板，密闭型腔内介质压力和基板位置可由液压控制中心协调控制，进而调节减阻装置的表面参数。本发明的显著优点为该减阻装置为刚柔耦合的整体式，不仅能够有效防止结构间出现裂纹，提高减阻性能，避免流体对减阻元直接进行冲击，且能够根据流速、压力等不同的工况条件，实现光滑、沟槽、凸起、凹坑等结构多样化的减阻表面，并在不同减阻表面间自由变换，适应性强，减阻效果佳。

Description

一种仿生物表皮的表面参数可调减阻装置
技术领域
本发明属于减阻装置领域，尤其涉及一种仿生物表皮的表面参数可调减阻装置。
背景技术
船舶、潜艇等水中航行器航行过程中存在粘性摩擦阻力、兴波阻力和压差阻力，其中粘性摩擦阻力约占总阻力的75％。降低表面摩擦阻力能够显著降低船舶的航行阻力，从而能够有效地做到减少能量消耗降低废物排放。而水生物种在游动过程中具有良好的自适应减阻能力，这是与水生物种表皮的形貌、弹性、粘液等组织结构密切相关，并已成为仿生减阻技术研究的重要途径。
现有的表面减阻技术已经存在多种仿生对象，包括仿鲨鱼盾鳞沟槽的肋条非光滑表面(例如ZL201410061037.5、ZL201110270722.5等)、仿鲨鱼表皮粘液的复合减阻表面(例如ZL201110261668.8、ZL201210120754.1等)或者仿河鲀表皮形貌的水下减阻表面(例如CN201710227922.X)等。其中，以专利CN201710227922.X为例，该仿河豚表皮形貌的水下减阻表面及制作方法中，公开了其仿河豚减阻结构，包括基底、硬质减阻元和柔性覆盖层，其中基底上分布有若干个硬质减阻元，在硬直减阻元之间填充有柔性覆盖层，硬质减阻元与基底和硬质减阻元的结合面紧密贴合。通过仿河豚表皮骨刺形貌和柔性覆盖层形成刚柔耦合的减阻表面以实现减阻的功效，但是这种结构运用于实际中，会使得表面结构损坏，且适应的范围较窄，减阻效果较差。
因此，现亟需一种能够适用于多种工况的减阻效果佳、使用寿命长的减阻装置。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种减阻效果优，且能够适应不同流速或工况条件下减阻要求的仿生物表皮的表面参数可调减阻装置。
技术方案：本发明的仿生物表皮的表面参数可调减阻装置，包括具有容纳空间的基体，覆盖于该基体上、以使其构成密闭型腔的高弹性薄膜，填充于所述密闭型腔内的介质和沿竖直方向设置的支撑件；所述基体内还设有可沿其壁上下移动、用于驱动支撑件运动的基板。
进一步说，本发明的支撑件底端可分组固定于不同的基板或全部固定于同一基板上。高弹性薄膜通过压板固定于基体上，且该压板上设有与支撑件相对应的开孔。优选的，支撑件可为支撑杆，压板上开设有与该支撑杆相对应的圆孔，且该圆孔的圆心与支撑杆的轴线共线；支撑件可为支撑板，压板上开设有与该支撑板相对应的槽口，且该槽口的轴线与支撑板的轴线平行。
再进一步说，减阻装置还包括为基板上下移动提供动力的液压推杆。该液压推杆一端与基板相连，另一端与液压控制中心相连。
更进一步说，减阻装置还包括调节密闭型腔内介质间压力的调控装置。调控装置包括一端与介质相连通，另一端与液压控制中心相连接的液压管，该液压管内设有液压阀。
根据工作条件和要求，减阻装置的液压控制中心能够实时协调控制基板的位置和密闭型腔内介质的压力，进而调节减阻装置的表面参数，包括光滑、沟槽、凸起、凹坑等形貌和高度、宽度等尺寸参数。
有益效果：与现有技术相比，本发明的显著优点为：该减阻装置通过将高弹性薄膜、减阻元支撑件、填充介质和基底组合成刚柔耦合的整体式，不仅能够有效防止结构间出现裂纹，提高减阻性能，避免流体对减阻元直接进行冲击从而造成表面结构的损坏，且能够根据流速、压力等不同的工况条件，实现光滑、沟槽、凸起、凹坑等结构多样化的减阻表面，并在不同减阻表面间自由变换，适应性强，减阻效果佳；同时采用的高弹性薄膜和减阻元支撑件的尺寸范围宽且有多种组合方式，适用于舰船、潜艇等各种不同航速、不同尺寸的水下航行器，产业化应用前景广。
附图说明
图1为本发明减阻装置的结构示意图；
图2为图1中A的放大图；
图3为本发明支撑件为支撑杆的结构示意图；
图4为本发明压板为带孔压板的结构示意图；
图5为仿河鲀表皮骨刺结构形貌的减阻表面；
图6为本发明支撑件为支撑板的结构示意图；
图7为本发明压板为带槽压板的结构示意图；
图8为仿鲨鱼表皮沟槽结构形貌的减阻表面；
图9为本发明减阻装置凸起平面的主视图；
图10为本发明减阻装置凸起平面的俯视图；
图11为本发明减阻装置沟槽平面的主视图；
图12为本发明减阻装置沟槽平面的俯视图；
图13为本发明减阻装置凹坑平面的主视图；
图14为本发明减阻装置凹坑平面的俯视图；
图15为本发明减阻装置光滑平面的主视图；
图16为本发明减阻装置光滑平面的俯视图；
图17为本发明减阻表面形成圆锥结构的示意图；
图18为本发明减阻表面形成外凸椎体结构的示意图；
图19为本发明减阻表面形成内凹椎体结构的示意图；
图20为本发明减阻表面形成凹坑结构的示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明的技术方案做进一步详细说明。
本发明仿生物表皮的表面参数可调减阻装置，包括刚性基体1，该基体1具有容纳空间，基体1的上表面覆盖高弹性薄膜2，从而使得基体1的容纳空间形成密闭的型腔，型腔内填充介质3和沿基体1表面的法线方向布置的支撑件4。介质3和支撑件4通过设于基体1内的基板5支撑，该基板5能够上下移动，从而使得支撑件4能够上下移动，进而调控高弹性薄膜2凸出基体1表面的高度。支撑件4与高弹性薄膜2共同形成减阻元，支撑件4的顶端采取倒圆工艺处理，底端可通过基板5进行分组或整体固定连接。基板5的下端还连接为其提供动力的液压推杆7，液压推杆7的运动通过液压控制中心8调控，同时，该液压控制中心8还调控介质3间的压力，其通过与介质3相连通的调控装置实现，而该调控装置主要包括一端与介质3相连通，另一端与液压控制中心8相连的液压管9，及设于液压管8内的液压阀10，如图1所示。根据工作条件和要求，该减阻装置的液压控制中心8可实时协调控制基板5的位置和密闭型腔内介质3的压力，进而调节减阻装置的表面参数，包括光滑、沟槽、凸起、凹坑等形貌和高度、宽度等尺寸参数。
高弹性薄膜2通过压板6完全固定于基体1上，如图2所示，从而减少在工作时减阻元支撑件4之间的相互影响，实现相对独立的凸起结构。且该压板6上设有与支撑件4相对应的开孔。同样，刚性基体1的上表面也设置与支撑件4相对应的开孔。支撑件4可为支撑杆或支撑板，相应地，压板6即为带孔压板或带槽压板。倘若为支撑杆和带孔压板的组合结构，如图3至图5所示，则形成的是仿河鲀表皮骨刺结构，带孔压板的孔的圆心与支撑杆的轴线共线，如此增加了该减阻装置的稳定性。倘若为支撑板和带槽压板的组合结构，如图6至图8所示，则形成的是仿鲨鱼表皮沟槽结构，带槽压板的槽的轴线与支撑板的轴线平行，如此增加了该减阻装置的稳定性。支撑杆或支撑板的尺寸均小于带孔压板或带槽压板的尺寸。支撑件4的排布及数量可以根据需要做适当的调整，同时与压板6上的开孔或开槽位置相一致。
采用支撑杆与带孔压板的组合时，能够实现凸起表面，构成凸起减阻元，如图9和图10所示，此结构能把湍流流体控制在凸起的尖端，使凸起减阻元底部的船体表面不受湍流影响，减弱表面的湍流状态，从而减小船体表面所受的剪切应力，延迟湍流的转捩，最终减少能量的消耗。
采用支撑板与带槽压板组合时，能够实现沟槽表面，如图11和图12所示；而采用的支撑杆没有顶起高弹性薄膜2以及采用负压填充介质3组合时，能够实现凹坑表面，如图13和图14所示。凹坑或凹槽的结构能形成低速流带隔开壁面与高度流的接触，形成液与液的接触，从而减小速度梯度实现减阻功能。
采用的支撑杆没有顶起高弹性薄膜2并且填充介质3与外界压力保持平衡时，能够实现光滑表面，如图15和图16所示。由于高弹性薄膜2自身的特性及填充介质3的流动性，刚柔耦合的表面，能够随着表面水流速度不同形成自适应变化，延迟湍流的转捩，减小边界层内的速度梯度和边界层的剪切力，从而降低了阻力。
工作时，通过液压控制中心8调控液压推杆7，基板6被液压杆2向外推动时，减阻元支撑杆4顶起高弹性薄膜2，整个空间都充满了填充介质，通过液压阀9调节填充介质3之间的压力来改变减阻元的凸起形态，如可形成图17的圆锥结构、图18的外凸锥体结构、图19的内凹锥体结构等。而当减阻元支撑杆4没有顶起高弹性薄膜2时，可以减少填充介质的压力，实现图20所示凹坑结构。
本发明所述高弹性薄膜2可为橡胶、聚合物等物质，介质3可为水、液压油等流体物质。

Claims (7)

1.一种仿生物表皮的表面参数可调减阻装置，其特征在于：包括具有容纳空间的基体(1)，覆盖于该基体(1)上、以使其构成密闭型腔的高弹性薄膜(2)，填充于密闭型腔内的介质(3)和沿竖直方向设置的支撑件(4)；所述基体(1)内还设有可沿其壁上下移动、用于驱动支撑件(4)运动的基板(5)，该减阻装置还包括调节密闭型腔内介质(3)间压力的调控装置，所述调控装置包括一端与介质(3)相连通，另一端与液压控制中心(8)相连的液压管(9)，该液压管(9)内设有液压阀(10)；所述高弹性薄膜(2)为橡胶或聚合物。
2.根据权利要求1所述的减阻装置，其特征在于：所述高弹性薄膜(2)通过压板(6)固定于基体(1)上，且该压板(6)上设有与支撑件(4)相对应的开孔。
3.根据权利要求1所述的减阻装置，其特征在于：所述支撑件(4)底端分组固定于不同的基板(5)或全部固定于同一基板(5)上。
4.根据权利要求1所述的减阻装置，其特征在于：所述减阻装置还包括为基板(5)上下移动提供动力的液压推杆(7)。
5.根据权利要求4所述的减阻装置，其特征在于：所述液压推杆(7)一端与基板(5)相连，另一端与液压控制中心(8)相连。
6.根据权利要求2所述的减阻装置，其特征在于：所述支撑件(4)为支撑杆，压板(6)上开设有与该支撑杆相对应的圆孔，且该圆孔的圆心与支撑杆的轴线共线。
7.根据权利要求2所述的减阻装置，其特征在于：所述支撑件(4)为支撑板，压板(6)上开设有与该支撑板相对应的槽口，且该槽口的轴线与支撑板的轴线平行。
CN201810372796.1A 2018-04-24 2018-04-24 一种仿生物表皮的表面参数可调减阻装置 Active CN108454780B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810372796.1A CN108454780B (zh) 2018-04-24 2018-04-24 一种仿生物表皮的表面参数可调减阻装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810372796.1A CN108454780B (zh) 2018-04-24 2018-04-24 一种仿生物表皮的表面参数可调减阻装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108454780A CN108454780A (zh) 2018-08-28
CN108454780B true CN108454780B (zh) 2019-09-27

Family

ID=63236201

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810372796.1A Active CN108454780B (zh) 2018-04-24 2018-04-24 一种仿生物表皮的表面参数可调减阻装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108454780B (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109063376A (zh) * 2018-09-07 2018-12-21 山东理工大学 基于神农洁蜣螂沙丘状设计的凸包型电磁阀式仿生犁壁
CN109063377A (zh) * 2018-09-07 2018-12-21 山东理工大学 基于神农洁蜣螂沙丘状设计的凸包型液压式仿生犁壁
CN112109843B (zh) * 2020-09-30 2022-03-08 苏州静声泰科技有限公司 一种动态减阻装置
CN112478043B (zh) * 2020-11-19 2021-08-31 江苏科技大学 一种基于仿河鲀体刺的角度可调减阻装置
CN114132428B (zh) * 2021-11-29 2022-09-23 江苏科技大学 一种水下航行器复合减阻方法
CN114932973B (zh) * 2022-06-01 2024-01-30 吉林大学 一种水下航行器可变沟槽装置
CN116279967B (zh) * 2023-03-31 2024-02-06 哈尔滨工程大学 一种基于多层变刚度单元的可调阻抗柔性减阻降噪蒙皮

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE20114878U1 (de) * 2001-09-08 2002-03-28 Spaeth Bernd Oberfläche mit verbesserten Eigenschaften
US7156032B2 (en) * 2003-08-22 2007-01-02 Lucent Technologies Inc. Method and apparatus for controlling friction between a fluid and a body
CN102460756A (zh) * 2009-04-11 2012-05-16 拜尔材料科学股份公司 可电转换的聚合物膜构造及其用途
CN202468562U (zh) * 2012-02-22 2012-10-03 吉林大学 在液体介质中具有增效、减阻功能的动态耦合仿生功能表面
CN103818517A (zh) * 2014-03-24 2014-05-28 山东理工大学 基于形状记忆合金人工肌肉的仿生海豚皮
CN203946236U (zh) * 2014-04-04 2014-11-19 浙江海洋学院 一种带凹坑的船体
CN105317792A (zh) * 2014-08-01 2016-02-10 郭宏斌 一种通过安装壳、套组合减阻的技术
JP2017008960A (ja) * 2015-06-17 2017-01-12 株式会社豊田中央研究所 流体制御装置
CN106627982A (zh) * 2017-01-21 2017-05-10 浙江工业大学 一种船舶表面防污减阻装置
CN106985766A (zh) * 2017-03-15 2017-07-28 浙江大学 具有气动减阻功能的自适应仿生非光滑表面贴膜
CN107323602A (zh) * 2017-07-19 2017-11-07 吉林大学 一种三明治结构的智能水凝胶材料减阻表面

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE20114878U1 (de) * 2001-09-08 2002-03-28 Spaeth Bernd Oberfläche mit verbesserten Eigenschaften
US7156032B2 (en) * 2003-08-22 2007-01-02 Lucent Technologies Inc. Method and apparatus for controlling friction between a fluid and a body
CN102460756A (zh) * 2009-04-11 2012-05-16 拜尔材料科学股份公司 可电转换的聚合物膜构造及其用途
CN202468562U (zh) * 2012-02-22 2012-10-03 吉林大学 在液体介质中具有增效、减阻功能的动态耦合仿生功能表面
CN103818517A (zh) * 2014-03-24 2014-05-28 山东理工大学 基于形状记忆合金人工肌肉的仿生海豚皮
CN203946236U (zh) * 2014-04-04 2014-11-19 浙江海洋学院 一种带凹坑的船体
CN105317792A (zh) * 2014-08-01 2016-02-10 郭宏斌 一种通过安装壳、套组合减阻的技术
JP2017008960A (ja) * 2015-06-17 2017-01-12 株式会社豊田中央研究所 流体制御装置
CN106627982A (zh) * 2017-01-21 2017-05-10 浙江工业大学 一种船舶表面防污减阻装置
CN106985766A (zh) * 2017-03-15 2017-07-28 浙江大学 具有气动减阻功能的自适应仿生非光滑表面贴膜
CN107323602A (zh) * 2017-07-19 2017-11-07 吉林大学 一种三明治结构的智能水凝胶材料减阻表面

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
仿生表面减阻的研究现状与进展;马付良;《中国表面工程》;20160229;第29卷(第1期);第7-15页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN108454780A (zh) 2018-08-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108454780B (zh) 一种仿生物表皮的表面参数可调减阻装置
CN201028076Y (zh) 减压阀
CN109841761B (zh) 面板承载装置及贴合设备
WO2005023634A3 (en) Low drag submerged asymmetric displacement lifting body
CN102939888A (zh) 无泵浮子式恒定均匀低压滴灌装置
CN112478043B (zh) 一种基于仿河鲀体刺的角度可调减阻装置
CN204104221U (zh) 一种导电胶或锡膏的点状印刷用不锈钢网版
CN2913752Y (zh) 活塞式回压阀
CN101823546B (zh) 一种化学品船的串联造船法
WO2011069808A3 (en) Machine buoyancy control system
WO2007083292A3 (en) Floating platform
WO2004093166A3 (en) Chamber and associated methods for wafer processing
CN202429333U (zh) 一种沉浮装置
CN208857893U (zh) 一种出水口水柱可调节的水龙头
CN108980024B (zh) 一种可调水压的喷泉工程专用泵
CN215110858U (zh) 一种多弹簧组合式精小型气动薄膜执行机构
CN203241206U (zh) 手动阀门试压胎具
CN201660427U (zh) 方便漏斗
CN207091494U (zh) 一种自动摆动搅拌发泡装置
CN207112025U (zh) 一种稳压先导式溢流阀
CN206647598U (zh) 浮标式自动关水器
CN101532520B (zh) 可调降速的气控换向阀
CN111562085B (zh) 一种基于仿生减阻实验装置及其制作方法
WO2020097332A1 (en) Wave generating system
CN202251993U (zh) 活塞式水力控制阀

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20201217

Address after: No. 409, 418, Sanxiang Road, Kunshan Economic and Technological Development Zone, Suzhou City, Jiangsu Province

Patentee after: SWOBODA KUNSHAN Co.,Ltd.

Address before: No.2, Mengxi Road, Jingkou District, Zhenjiang City, Jiangsu Province, 212008

Patentee before: JIANGSU University OF SCIENCE AND TECHNOLOGY