一种利用减阻剂附壁喷注结构降低水下航行体阻力的装置

本发明属于水动力减阻节能领域，特别是涉及一种利用减阻剂附壁喷注结构降低水下航行体阻力的装置。

背景技术：

1、航行体在水下运动过程受到的水体阻力，是航行体能量消耗的重要方式。降低航行阻力，可有效降低水下航行体的动力需求，提高航行体机动性，不仅有利于动力装置的小型化及航行体静音设计，降低可探测性，还可将节约的动力用于增加续航能力，实现水下航行体性能的综合优化。在众多主动式流动控制技术中，通过将流体改性成为黏弹性流体(如高分子聚合物溶液)湍流减阻技术具有减阻效果显著、易于主动控制且能同时实现表面防污等优点，有望成为解决水下航行体减阻技术瓶颈的关键途径。

技术实现思路

1、有鉴于此，为了解决上述背景技术中提到的技术问题，本发明提出一种利用减阻剂附壁喷注结构降低水下航行体阻力的装置，利用减阻剂附壁喷注装置在航行体表面覆盖高浓度减阻剂，使流动边界层内的工质成为黏弹性流体，降低航行体表面摩擦阻力，达到减阻提速的效果。

2、为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种利用减阻剂附壁喷注结构降低水下航行体阻力的装置，包括高浓度减阻剂原液储存袋、软管、单向阀、遥控泵、细小软管、三通接头、分流盘及导流喷注微通道，所述高浓度减阻剂原液储存袋与三通接头通过软管连接，三通接头的另外两头中的其中一头与单向阀通过细小软管连接，再与外部连通，最后一头与遥控泵通过软管连接，所述遥控泵与分流盘通过软管连接，所述分流盘与导流喷注微通道对应连接。

3、更进一步地，所述减阻剂原液储存袋为符合航行体导流罩结构的软袋。

4、更进一步地，所述减阻剂原液储存袋中的高浓度减阻剂原液为3000ppm的ctab/nasal溶液。

5、更进一步地，所述分流盘与导流喷注微通道根据各个通道对应连接采用3d打印一体化制作，材质为环氧树脂，减阻剂工质从分流盘正中心进入，沿分流盘周向的分流道进入壳层的导流喷注微通道。

6、更进一步地，所述利用减阻剂附壁喷注结构降低水下航行体阻力的装置安装于试验航行体的头部导流罩与航行体耐压仓之间，一体化制作的分流盘与导流喷注微通道与耐压仓前端通过螺钉固定，其余结构通过导流罩的卡槽进行固定。

7、一种所述的利用减阻剂附壁喷注结构降低水下航行体阻力的装置的试验方法，具体包括以下步骤：

8、(1)对利用减阻剂附壁喷注结构降低水下航行体阻力的装置进行装配：将利用减阻剂附壁喷注结构降低水下航行体阻力的装置安装在试验航行体的头部导流罩与航行体耐压仓之间，分流盘与耐压仓前端通过螺钉固定，其余结构通过导流罩的卡槽进行固定，高浓度减阻剂原液储存袋内所携带ctab/nasal溶液在装配前配置好并装入袋中，并且对分流盘以及导流喷注微通道中各导流微通道充满；

9、(2)完成装置部件及试验航行体装配后，将装备了装置的实验航行体于循环水洞内注满水后进行测试，并通过六维力传感器监测航行体沿流向的阻力；

10、(3)启动循环水洞后，待来流稳定后，启动遥控泵，对高浓度减阻剂原液储存袋内液体进行抽取，通过分流盘分流，导流喷注微通道进行减阻剂附壁喷注；当喷注稳定后，打开六维力传感器采集试验数据，并调节水洞来流速度，测试不同流速下减阻效果；

11、(4)试验结束后，试验人员对循环水洞进行清理，并对试验航行体进行拆卸，记录减阻剂使用情况，数据分析人员对所采集数据进行分析，剔除无效数据，记录六维力传感器记录的沿流向、展向及法向的受力及力矩情况，结合不同工况计算减阻装置对水下航行体的航行阻力的减阻情况，具体计算方法如下：

12、

13、其中，fdr为采取减阻措施的样机所受阻力；f0为不采取减阻措施的样机所受阻力。

14、与现有技术相比，本发明所述的一种利用减阻剂附壁喷注结构降低水下航行体阻力的装置的有益效果是：

15、(1)本发明通过减阻剂喷注结构从水下航行体表面持续不断向外喷射减阻剂溶液扩散至湍流边界层，利用减阻剂对湍流的干扰机制有效调制湍流结构并减少湍流猝发时间的发生频率，从而实现航行减阻增速。

16、(2)本发明所述的喷注结构均在水下航行体前半段外壳体完成，对水下航行体本身改动极少，方便加工和更换，可根据实际航行体结构进行快速适配，具有容错率高、经济便捷且效果显著的优点。

技术特征：

1.一种利用减阻剂附壁喷注结构降低水下航行体阻力的装置，其特征在于：包括减阻剂原液储存袋(1)、软管(2)、单向阀(3)、遥控泵(4)、细小软管(5)、三通接头(6)、分流盘(7)及导流喷注微通道(8)，所述高浓度减阻剂原液储存袋(1)与三通接头(6)通过软管(2)连接，三通接头(6)的另外两头中的其中一头与单向阀(3)通过细小软管连接，再与外部连通，最后一头与遥控泵(4)通过软管(2)连接，所述遥控泵(4)与分流盘(7)通过软管(2)连接，所述分流盘(7)与导流喷注微通道(8)对应连接。

2.根据权利要求1所述的利用减阻剂附壁喷注结构降低水下航行体阻力的装置，其特征在于：所述减阻剂原液储存袋(1)为符合航行体导流罩结构的软袋。

3.根据权利要求1所述的利用减阻剂附壁喷注结构降低水下航行体阻力的装置，其特征在于：所述减阻剂原液储存袋(1)中的高浓度减阻剂原液为3000ppm的ctab/nasal溶液。

4.根据权利要求1所述的利用减阻剂附壁喷注结构降低水下航行体阻力的装置，其特征在于：所述分流盘(7)与导流喷注微通道(8)采用3d打印一体化制作而成。

5.根据权利要求1所述的利用减阻剂附壁喷注结构降低水下航行体阻力的装置，其特征在于：减阻剂工质从分流盘(7)正中心进入，沿分流盘(7)周向的分流道进入壳层的导流喷注微通道(8)。

6.根据权利要求1所述的利用减阻剂附壁喷注结构降低水下航行体阻力的装置，其特征在于：所述分流盘(7)与导流喷注微通道(8)的材质为环氧树脂。

7.根据权利要求1所述的利用减阻剂附壁喷注结构降低水下航行体阻力的装置，其特征在于：所述利用减阻剂附壁喷注结构降低水下航行体阻力的装置安装于试验航行体的导流罩(9)与航行体耐压仓之间，分流盘(7)与导流喷注微通道(8)与耐压仓前端通过螺钉固定，其余结构通过导流罩(9)的卡槽进行固定。

8.根据权利要求1所述的利用减阻剂附壁喷注结构降低水下航行体阻力的装置，其特征在于：所述细小软管(5)的直径为2-5mm。

9.根据权利要求1所述的利用减阻剂附壁喷注结构降低水下航行体阻力的装置，其特征在于：所述软管(2)的直径为6-12mm。

10.一种如权利要求1-9任一项所述的利用减阻剂附壁喷注结构降低水下航行体阻力的装置的试验方法，其特征在于：具体包括以下步骤：

技术总结
本发明提出了一种利用减阻剂附壁喷注结构降低水下航行体阻力的装置，属于水动力减阻节能领域，该装置高浓度减阻剂原液储存袋与三通接头通过软管连接，三通接头的另外两头中的其中一头与单向阀通过细小软管连接，再与外部连通，最后一头与遥控泵通过软管连接，所述遥控泵与分流盘通过软管连接，分流盘与导流喷注微通道对应连接。本发明通过对航行体表面喷注减阻剂的形式，使其航行阻力得到显著降低，降低现有航行体对动力装置的动力需求。本发明结构简单，易于加工，经济便捷。可根据目标航行体进行快速适配，对目标航行体的改造极小。本发明可根据实际任务所需，替换储存袋内工质，实现更大工况范围应用。

技术研发人员：王开亭,李小斌,张红娜,詹增坤,郭立祺,李凤臣,程浩天,王苏明
受保护的技术使用者：天津大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16