CN113212637B - 一种船舶减阻装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种船舶减阻装置，硫酸铝溶液放在注射器内、碳酸氢钠放在腔室甲内；主控板控制电机带动螺旋桨旋转可以控制船体的前进和转向，也可控制电机推动注射器使两种溶液混合发生反应；当硫酸铝和碳酸氢钠按质量比约为5：7配成体积比1：1的溶液，两者发生反应生成二氧化碳气体，产生气泡通过微孔沿着沟槽分布在船底。在超疏水材料的作用下在船底形成一层稳定的气膜，最终实现船舶减阻的目的。本发明利用仿生气膜减阻方法进行减阻。此外，由于该装置占据区域较小，化学反应速度快且产气量大，该发明适用于航程相对较短且航速较快的高速小型船舶。
Description
技术领域
本发明属于船舶减阻技术领域，涉及一种船舶减阻装置。
背景技术
速度是衡量船舶及水下航行器性能的一个重要指标。在相同的输入功率下，速度的快慢与其所受阻力的大小近似成0.5次方的关系。船舶及水下航行器所受的阻力分别由摩擦阻力、压差阻力和兴波阻力三部分组成，其中摩擦阻力占比最高。减小摩擦阻力是增速降耗的主要方法，目前主流的减阻方法有沟槽减阻、柔壁减阻等。超疏水表面作为一种仿生材料，其良好的减阻特性已成为业内共识；而气膜减阻也已在行业内得到广泛应用。因此，我们提出使船舶外表面附着一层仿荷叶表面结构的超疏水表面，再同气膜减阻法相结合的“仿生气膜减阻法”，以在减阻方面产生更好的效果。专利CN101269695A中涉及一种利用风机向船底输入空气或者借助航速和水流作用形成空气膜的气膜减阻船体结构，对外界条件依赖性较大，不能保证气膜的持续形成，具有一定的局限性。发明专利CN208602639U中涉及一种由涡轮增压器、空气冷却器、储气罐、泄压阀、气压控制装置、气泡发生装置组成的一种气膜减阻装置，通过将船舶发动机的高温废气利用涡轮增压和冷却，附着于船底进行减阻。虽不需消耗额外的能量，但发动机废气可能含有氮和硫的氧化物，会造成空气污染。
发明内容
要解决的技术问题
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种船舶减阻装置，克服气源需要额外能量以及气体安全环保等问题。
以硫酸铝和碳酸氢钠两种溶液，二者混合后反应产生气泡小、密度大的二氧化碳气体，以此解决气源能量和环保问题。反应方程式为：
Al2(SO4)3+6NaHCO3＝2Al(OH)3+3Na2SO4+6CO2↑
技术方案
一种船舶减阻装置，其特征在于包括挤压注射器2、连杆3、电机4、腔室甲9、腔室乙10、船底微孔12和沟槽13；腔室甲9包含于腔室乙10内，两腔之间上部设有通孔，两腔位于船体11的前舱内，腔室乙10的底部设有通往船底8的若干微孔12，船底8设有与前行方向一致的若干沟槽13；挤压注射器2的注射部位与腔室甲9连通，后端的推杆与连杆3连接，连杆3与电机4的轴连接；所述腔室甲9内设有碳酸氢钠溶液，所述挤压注射器2内设有硫酸铝溶液；当电机4受控启动时，与轴连接的连杆3推动挤压注射器2的推杆，将硫酸铝溶液推入腔室甲9内，与碳酸氢钠溶液反应，产生二氧化碳气体；气体进入腔室乙10，通过与船底连通的微孔12进入沟槽13之间，在超疏水材料的作用下在船底形成一层稳定的气膜，实现船舶减阻的目的。
所述硫酸铝和碳酸氢钠的质量比为5︰7，融合后为体积比1︰1的溶液。
有益效果
本发明提出的一种船舶减阻装置，硫酸铝溶液放在注射器内、碳酸氢钠放在腔室甲内；主控板控制电机带动螺旋桨旋转可以控制船体的前进和转向，也可控制电机推动注射器使两种溶液混合发生反应；当硫酸铝和碳酸氢钠按质量比约为5：7配成体积比1：1的溶液，两者发生反应生成二氧化碳气体，产生气泡通过微孔沿着沟槽分布在船底。在超疏水材料的作用下在船底形成一层稳定的气膜，最终实现船舶减阻的目的。
本发明利用仿生气膜减阻方法进行减阻。此外，由于该装置占据区域较小，化学反应速度快且产气量大，该发明适用于航程相对较短且航速较快的高速小型船舶。
本发明将仿生气膜减阻法应用于船舶减阻装置中，通过内置反应产生气体并形成稳定气膜，因而长时间内维持减阻效果。本发明装置船底采取沟槽结构，可实现稳定气膜的作用，气体通过船底微孔进入沟槽中，在超疏水材料的作用下在船底形成一层稳定的气膜，最终实现船舶减阻的目的。同时本发明装置结构简单，制作成本低，且内置产气反应易实现，环保节能，在船舶和水下航行器减阻领域具有一定的工程应用价值。
附图说明
图1：本发明装置原理示意图
图2：船底的船底微孔12和沟槽13示意图
图中标记为：船盖1、挤压注射器2、连杆3、电机4、螺旋桨5、推进电机6、主控板7、船底8、腔室甲9、腔室乙10、船体11、船底微孔12、沟槽13。
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
本发明实施例是一种小型船舶。主要包括以下部分：船体部分、控制部分、动力装置、产气装置、船底结构。具体而言，船体主要包括船盖1、船体11、腔室甲9和腔室乙10，采用3D打印技术打印制作。
减阻装置包括挤压注射器2、连杆3、电机4、腔室甲9、腔室乙10、船底微孔12和沟槽13；腔室甲9包含于腔室乙10内，两腔之间上部设有通孔，两腔位于船体11的前舱内，腔室乙10的底部设有通往船底8的若干微孔12，船底8设有与前行方向一致的若干沟槽13；挤压注射器2的注射部位与腔室甲9连通，后端的推杆与连杆3连接，连杆3与电机4的轴连接；所述腔室甲9内设有碳酸氢钠溶液，所述挤压注射器2内设有硫酸铝溶液；当电机4受控启动时，与轴连接的连杆3推动挤压注射器2的推杆，将硫酸铝溶液推入腔室甲9内，与碳酸氢钠溶液反应，产生二氧化碳气体；气体进入腔室乙10，通过与船底连通的微孔12进入沟槽13之间，在超疏水材料的作用下在船底形成一层稳定的气膜，实现船舶减阻的目的。
控制部分主要是主控板7，可通过遥控器控制电机4和推进电机6转动，当推进电机6控制螺旋桨5分别或同时转动(可正转也可反转)时，可以实现船舶在水面上的前进、后退、左转和右转等不同状态。
产气装置由电机4带动连杆3传动，挤压注射器2中的硫酸铝溶液，进入腔室甲9，并与其中的碳酸氢钠溶液反应，产生二氧化碳气体。产生的气体通过船底微孔12进入沟槽13之间，在超疏水材料的作用下在船底形成一层稳定的气膜，最终实现船舶减阻的目的。
工作中：
步骤1：控制器通过主控板7控制前行电机6，使螺旋桨旋转推动船体前进。
步骤2：主控板7同时控制电机4，带动连杆3推动注射器2使得硫酸铝溶液进入腔体甲9，与其中的碳酸氢钠溶液反应产生二氧化碳气体。
步骤3：二氧化碳气体首先进入腔室乙10，然后通过底部的微孔12排出，并沿着沟槽13附着在船体底部上形成气膜实现减阻效果。
步骤4：达到一定的气泡生成量后，控制器使电机4停止旋转，不再推动注射器2。
步骤5：腔室甲9内剩余的溶液继续反应至完全，装置停止工作。
Claims (2)
1.一种船舶减阻装置，其特征在于包括挤压注射器(2)、连杆(3)、电机(4)、腔室甲(9)、腔室乙(10)、船底微孔(12)和沟槽(13)；腔室甲(9)包含于腔室乙(10)内，两腔之间上部设有通孔，两腔位于船体(11)的前舱内，腔室乙(10)的底部设有通往船底(8)的若干微孔(12)，船底(8)设有与前行方向一致的若干沟槽(13)；挤压注射器(2)的注射部位与腔室甲(9)连通，后端的推杆与连杆(3)连接，连杆(3)与电机(4)的轴连接；所述腔室甲(9)内设有碳酸氢钠溶液，所述挤压注射器(2内设有硫酸铝溶液；当电机(4)受控启动时，与轴连接的连杆(3)推动挤压注射器(2)的推杆，将硫酸铝溶液推入腔室甲(9)内，与碳酸氢钠溶液反应，产生二氧化碳气体；气体进入腔室乙(10)，通过与船底连通的微孔(12)进入沟槽(13)之间，在超疏水材料的作用下在船底形成一层稳定的气膜，通过内置反应产生气体并形成稳定气膜，长时间内维持减阻效果，实现利用仿生气膜减阻方法进行船舶减阻的目的。
2.根据权利要求1所述船舶减阻装置，其特征在于：所述硫酸铝和碳酸氢钠的质量比为5︰7，融合后为体积比1︰1的溶液。
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