CN116142372A - 一种基于主动变形壳体的水下航行器智能减阻装置 - Google Patents

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刘鑫
李华宇
杜晓旭
宋保维
潘光
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Abstract

本发明公开一种基于主动变形壳体的水下航行器智能减阻装置，涉及水下航行器减阻技术领域，包括布置于水下航行器表面上的柔性蒙皮，所述柔性蒙皮内侧安装有液泡模组，所述液泡模组能够通过抽吸水改变自身体积；所述柔性蒙皮上设有传感器，所述传感器和液泡模组分别与设置于所述水下航行器上的电磁控制器连接，所述电磁控制器连接有电源。本发明通过调节液泡体积使水下航行器表面产生形变从而改变周围流场产生横向沟槽，沟槽内流体速度很慢，壁面边界层厚，壁面速度梯度减小，流体耗散减弱，可有效对水下航行器周围流场进行改善，从而达到柔性表面结构随外界流场变化的智能减阻效果。

Description

一种基于主动变形壳体的水下航行器智能减阻装置
技术领域
本发明涉及水下航行器减阻技术领域，特别是涉及一种基于主动变形壳体的水下航行器智能减阻装置。
背景技术
水下航行器的减阻技术具有非常重要的军事价值和应用价值，在动力和能源一定的条件下，减少航行器所受的流体阻力，意味着可以增加滑翔速度和航程。目前常用的减阻方法有：外形优化设计、聚合物涂层、边界层吸入、柔性壁面、壁面加温及气幕屏蔽等方法。这些方法虽然理论可行、减阻效果也比较明显，但是对于水下航行器应用具有一定困难。
沟槽减阻技术是近几年兴起的一种新的减阻方法，该技术具有较好的减阻效果，例如空中客车将A320试验机表面积的约70％贴上条纹沟槽薄膜，达到了节油1％～2％的效果。传统的沟槽减阻通过在航行器机体上布置沟槽薄膜从而达到减阻效果，针对于水下航行器在水下复杂多变的航行环境，很难达到减阻性能适应海洋环境变化的效果，且添加沟槽薄膜缺点较为明显，即减阻率在不同来流速度和压力下是固定的，在特定来流速度下减阻率较低甚至不减阻。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于主动变形壳体的水下航行器智能减阻装置，以解决上述现有技术存在的问题，能够根据来流速度和压力的变化，改变水下航行器表面的结构，进而实现智能减阻。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种基于主动变形壳体的水下航行器智能减阻装置，包括布置于水下航行器表面上的柔性蒙皮，所述柔性蒙皮内侧安装有液泡模组，所述液泡模组能够通过抽吸水改变自身体积，进而改变柔性蒙皮表面沟槽结构，实现水下航行器外壳体的主动变形；所述柔性蒙皮上设有传感器，所述传感器和液泡模组分别与设置于所述水下航行器上的电磁控制器连接，所述电磁控制器连接有电源。本发明通过在柔性蒙皮表面布置传感器识别流体的流速和周围的压力，柔性蒙皮内侧安装液泡模组，通过调节液泡体积使水下航行器表面产生形变从而改变周围流场产生横向沟槽，沟槽内流体速度很慢，壁面边界层厚，壁面速度梯度减小，流体耗散减弱，可有效对水下航行器周围流场进行改善，从而达到柔性表面结构随外界流场变化的智能减阻效果。
可选的，所述传感器包括与所述柔性蒙皮相匹配的压力传感器和流速传感器；所述压力传感器和流速传感器均分别与所述电磁控制器连接。
可选的，所述电磁控制器和电源安装于所述水下航行器头部位置处。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明通过将沟槽减阻结构与柔性蒙皮相结合，柔性蒙皮随外界流体流速和压力的变化，通过柔性蒙皮形状改变在水下航行器表面形成沟槽，沟槽结构能够抑制湍流中对应尺度的涡，降低壁面附近的内外动量交换从而可达到减阻效果。本发明可实现水下航行器外表面随外界流场实时变化，在不对水下航行器结构产生较大影响的前提下，真正达到智能减阻的效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1水下航行器光滑变形表面示意图；
图2为水下航行器粗糙变形表面示意图；
图3水下航行器光滑柔性蒙皮表面和光滑液泡模组示意图；
图4水下航行器粗糙柔性蒙皮表面和粗糙变形液泡模组示意图；
附图标记说明：1-水下航行器、2-液泡模组、3-柔性蒙皮、4-传感器、5-电磁控制器、6-电源。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种基于主动变形壳体的水下航行器智能减阻装置，以解决上述现有技术存在的问题，能够根据来流速度和压力的变化，改变水下航行器表面的结构，进而实现智能减阻。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参考附图1、附图2、附图3和附图4所示，本发明提供一种基于主动变形壳体的水下航行器智能减阻装置，包括设于水下航行器1上的液泡模组2、柔性蒙皮3、与柔性蒙皮相匹配的传感器4、电磁控制器5、电源6，电源6能够为电磁控制器5供电，传感器4包括压力传感器和流速传感器。本发明通过电磁控制器5处理压力传感器和流速传感器的数据，控制液泡模组2抽吸水，从而改变液泡模组2的液泡体积，液泡体积变化导致柔性蒙皮3产生形变，进而产生横向沟槽，从而改变水下航行器1周围流场，实现水下航行器1外形随外界流体流速和压力变化的效果，使得本发明具有智能减阻的功能。
本发明中的柔性蒙皮3具有一定的智能减阻功能，通过改变液泡模组2的体积在水下航行器1表面形成沟槽，前段升起形成的U型突起，使得后段的结构所受的流体冲击减弱，从而降低了压差阻力，液泡模组2形成的一系列沟槽结构能够抑制湍流中对应尺度的涡，降低壁面附近的内外动量交换，有效阻碍湍流猝发过程的进行，可有效改善航行器边界层流体运动的稳定性。
当水下航行器1在水下静止或者以较低速度待命时，水下航行器1上的柔性蒙皮3如图1所示，液泡模组2的液泡未变形；当水下航行器1进入工作状态时，水下航行器1上的柔性蒙皮3如图2所示，位于柔性蒙皮3表面的传感器4对水下航行器1外界流场变化进行测量，控制器发出指令控制液泡模组2吸水膨胀，柔性蒙皮3被液泡顶起变形，在水下航行器1表面形成沟槽，沟槽底部存在低速流带，外部高速流体从沟槽面内的低速流带上流动，避免了直接先从沟槽面上流过而损失大量的能量，从而产生减阻效果。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“顶”、“底”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“笫二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (3)

1.一种基于主动变形壳体的水下航行器智能减阻装置，其特征在于：包括布置于水下航行器表面上的柔性蒙皮，所述柔性蒙皮内侧安装有液泡模组，所述液泡模组能够通过抽吸水改变自身体积；所述柔性蒙皮上设有传感器，所述传感器和液泡模组分别与设置于所述水下航行器上的电磁控制器连接，所述电磁控制器连接有电源。
2.根据权利要求1所述的基于主动变形壳体的水下航行器智能减阻装置，其特征在于：所述传感器包括与所述柔性蒙皮相匹配的压力传感器和流速传感器；所述压力传感器和流速传感器均分别与所述电磁控制器连接。
3.根据权利要求1所述的基于主动变形壳体的水下航行器智能减阻装置，其特征在于：所述电磁控制器和电源安装于所述水下航行器头部位置处。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116853410A (zh) * 2023-08-09 2023-10-10 中国船舶科学研究中心 一种减小水下航行体阻力的协同减阻方法
CN117734872A (zh) * 2023-11-24 2024-03-22 中国人民解放军国防科技大学 一种基于渗透气膜的水下航行器减阻装置

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CN116853410A (zh) * 2023-08-09 2023-10-10 中国船舶科学研究中心 一种减小水下航行体阻力的协同减阻方法
CN116853410B (zh) * 2023-08-09 2024-05-14 中国船舶科学研究中心 一种减小水下航行体阻力的协同减阻方法
CN117734872A (zh) * 2023-11-24 2024-03-22 中国人民解放军国防科技大学 一种基于渗透气膜的水下航行器减阻装置

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