一种水下航行器干冰减阻披挂及制备方法

本申请涉及水下减阻，特别涉及一种水下航行器干冰减阻披挂及制备方法。

背景技术：

1、水的密度是空气密度的近千倍，因而航行器在水中航行的阻力远高于空中航行的阻力；受限于水的阻力，传统水下航行器普遍存在速度慢、航程短等缺点。优化水下航行器的减阻性能，可以提高水中航行器的航行速度并减小相同航行距离的能源消耗。水下航行器减阻技术主要有降低航行器表面与水之间的摩擦剪切应力、减小航行体表面与水接触面积两种，具体包括：(1)在近边界层区域内注入聚丙烯酰胺、聚氧乙烯等高分子化合物，以降低边界层内的速度梯度；(2)通过在航行体表面加工出微结构，实现对边界层内流动的调节，代表性技术包括仿生超疏水减阻技术等；(3)通过气泡包裹航行体，显著减小航行体与水的接触面积的方法称为超空泡减阻，具体有自然空化超空泡和强制通气超空泡。

2、综上所述，不同的水下航行器减阻方法实施的难易程度相差很大，同时效果也均有差异。高分子涂层的涂层药剂溶解在海水中逸散，会消耗大量药剂，成本较高；采用从航行体内喷射高分子化合物的方法则需要在航行器全表面布置喷射孔，技术难度大，成本高。对于表面微结构减阻技术，其超疏水表面难以达到完全隔离航行体表面与水的目的，减阻率有限，结构上存在维护困难，成本高的缺点，应用上仍然存在诸多有待进一步解决的问题。

技术实现思路

1、本申请用于解决现有技术中减阻性能实施难度大，效果差的问题。

2、本申请提供一种水下航行器干冰减阻披挂，所述干冰减阻披挂的材料为：

3、金属纤维以及干冰复合材料；

4、干冰减阻披挂包裹于航行器外壳，并与航行器外壳形状相匹配。

5、可选的，干冰减阻披挂中金属纤维占比为10％～90％。

6、可选的，干冰减阻披挂的厚度范围为1mm-100mm。

7、可选的，在航行器行驶的过程中，干冰披挂中干冰快速升华产气方式，产生覆盖于航行体的二氧化碳超空泡，隔离航行器与水，达到高效减阻目的。

8、本申请还提供一种水下航行器干冰减阻披挂的制备方法，方法包括：

9、步骤1，将液化的二氧化碳通过低温泵输送到干冰机中；

10、步骤2，液态二氧化碳从干冰机的喷管中喷出，凝结成粉末状干冰；

11、步骤3，在粉末状干冰中掺混10％～90％金属纤维强化传热材料，在冷却室中静置冷却获得复合增强材料；

12、步骤4，选择petg、ldpe、hdpe在内的耐低温材料制作模具，通过3d打印注塑成型技术，制作出相应干冰披挂结构的模具；

13、步骤5，将复合增强材料注入步骤4中的制作模具，在-60～-120度、0.1～5mpa的环境压缩成型，通过敏感器件控制制备的干冰披挂厚度在1mm-100mm，以适应航行体不同的使用需求；

14、步骤6，降压或升温将干冰披挂与模具分离；

15、步骤7，将干冰披挂固定在涂有环氧树脂胶粘剂的目标航行体外壳上。

16、实验数值结果表明，相比于需要空化器及一定航行速度的自然超空泡减阻方式、需要空化器及一定通气水平的强制通气超空泡减阻方式，本申请提供的干冰披挂减阻方式存在以下优势：

17、1)航行器结构方面，头部无需空化器结构、体身无需开设通气孔即可产生超空泡，降低了航行器的结构重量和制造难度；

18、2)由于干冰升华特性可以快速产生，使得附着干冰披挂的航行器在低速工况下即可产生超空泡；

19、3)干冰披挂可以避免航行器与水的摩擦产热，对机身起到热防护作用。

技术特征：

1.一种水下航行器干冰减阻披挂，其特征在于，所述干冰减阻披挂的材料为

2.根据权利要求1所述的干冰减阻披挂，其特征在于，干冰减阻披挂中金属纤维占比为10％～90％。

3.根据权利要求1所述的干冰减阻披挂，其特征在于，干冰减阻披挂的厚度范围为1mm-100mm。

4.根据权利要求1所述的干冰减阻披挂，其特征在于，

5.一种水下航行器干冰减阻披挂的制备方法，其特征在于，所述方法包括：

技术总结
本申请提供一种水下航行器干冰减阻披挂及制备方法，干冰减阻披挂的材料为金属纤维以及干冰复合材料；干冰减阻披挂包裹于航行器外壳，并与航行器外壳形状相匹配。本申请利用干冰快速升华产气方式，产生覆盖于航行体的二氧化碳超空泡，隔离航行器与水，达到高效减阻目的。

技术研发人员：闫宏斌,方坤强,吴威涛,封锋
受保护的技术使用者：南京理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/4