一种动态减阻装置的制作方法

本发明涉及水下航行器蒙皮减阻技术领域，特别涉及一种动态减阻装置。

背景技术：

湍流减阻是流体力学研究的热点问题。近年来微机电系统技术的发展为湍流减阻主动控制的实际应用提供了可能性，其中壁面可任意变形的智能蒙皮被认为是其中的关键技术。受沙漠表面非光滑形态的启发，随行波表面作为近年来新提出的热门结构，为非光滑表面减阻的开发提供新的道路，也为工程实际应用提供了更多的可能选择。然而大多数前期研究都只研究静止随行波壁面的减阻效果，这种静止随行波壁面，仅针对某一具体情形有效，适用范围较窄，减阻效果相对较差。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种动态减阻装置，采用动态的随行波壁面（柔性层），大幅加强了对湍流减阻的效果；随行波壁面变形可控，能够针对周围的不同环境主动做出适应性变化。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种动态减阻装置，包括：

底座、多个依次间隔均匀排列的开设于所述底座中的第一凹槽、开设于所述第一凹槽的槽壁上的且用于连通相邻所述第一凹槽的第一通孔、开设于所述底座两侧的且用于一一对应的连通最外侧两个所述第一凹槽的第二通孔；

柔性层、多个依次间隔均匀排列的凹设于所述柔性层中的第二凹槽；所述柔性层密封的贴设于所述底座顶部，所述第二凹槽一一对应的位于所述第一凹槽中；

控制机构，所述控制机构用于周期性的：通过一侧的所述第二通孔向所述底座中通入介质，再通过另一侧的所述第二通孔从所述底座中抽取介质；以使得所述第二凹槽发生周期性形变。

优选地，所述第二凹槽的壁厚沿多个所述第二凹槽的排列方向先逐渐减薄，再逐渐加厚；所述第二凹槽背离所述第一凹槽侧的表面沿多个所述第二凹槽的排列方向截断形成的曲线，在所述第二凹槽发生周期性形变时，为余弦函数曲线。

优选地，所述控制机构包括气泵、连通在所述气泵和一侧的所述第二通孔之间的第一管道、设于所述第一管道上的常闭电磁阀、连通在所述气泵和另一侧的所述第二通孔之间的第二管道、设于所述第二管道上的常开电磁阀；

所述常闭电磁阀，用于在关闭时连通大气和所述气泵，还用于在打开时连通所述第二通孔和所述气泵；

所述常开电磁阀，用于在打开时连通所述气泵和所述第二通孔，还用于在关闭时连通大气和所述气泵。

更优选地，所述控制机构还包括连通在所述气泵和所述常闭电磁阀之间的泄压阀。

更优选地，所述控制机构还包括用于控制所述常闭电磁阀周期性得电的第一时间继电器、用于控制所述常开电磁阀周期性得电的第二时间继电器。

由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明一种动态减阻装置，具有以下优点：

采用动态的随行波壁面，相对于现有的静态减阻蒙皮，周期性波动的蒙皮表面形貌可以进一步改面蒙皮表面周围的流场，影响湍流的形成和发展，并对二次湍流起到抑制作用，动态随行波壁面的减阻效果相较于静态减阻蒙皮有着很好地提升；

通过对第一凹槽的形状、第二凹槽的厚度以及对介质周期性抽送时压力流量的控制，能够调整第二凹槽周期性形变的表面形态，以针对周围的不同环境主动做出适应性变化。

附图说明

附图1为本发明装置的结构示意图；

附图2为柔性层的结构示意图；

附图3为实施例1中控制机构的结构示意图；

附图4为实施例1中工作时柔性层外表面在某一动态周期中最大形变时形成的余弦曲线函数示意图。

其中：1、底座；2、第一凹槽；3、第一通孔；4、第二通孔；5、柔性层；6、第二凹槽；7、气泵；8、第一管道；9、常闭电磁阀；10、第二管道0；11、常开电磁阀；12、泄压阀；13、第一时间继电器；14、第二时间继电器。

具体实施方式

下面结合附图来对本发明的技术方案作进一步的阐述。

参见图1-2所示，上述一种动态减阻装置，包括相互连接的底座1和柔性层5、以及用于控制柔性层5在底座1中做周期性波动的控制机构。

上述一种动态减阻装置，还包括多个依次间隔均匀排列的开设于底座1中的第一凹槽2、开设于第一凹槽2的槽壁上的且用于连通相邻第一凹槽2的第一通孔3、开设于底座1两侧的且用于一一对应的连通最外侧两个第一凹槽2的第二通孔4。参见图1所示，在本实施例中，第一凹槽2有四个，内侧的两个第一凹槽2的两侧槽壁上均开设有多个第一通孔3，外侧的两个第一凹槽2的外侧槽壁上则一一对应的开设有第二通孔4。在本实施例中，底座1为长方体箱式框架，为了保证其强度，选用304不锈钢材料。

上述一种动态减阻装置，还包括多个依次间隔均匀排列的凹设于柔性层5中的第二凹槽6。柔性层5由平面部分和第二凹槽6组成。柔性层5的平面部分密封的贴设于底座1顶部（例如通过强力胶水粘接），其形状尺寸与底座1的顶部平面相同；第二凹槽6则一一对应的位于第一凹槽2中。平面部分与第二凹槽6周期性规律排布，第二凹槽6与相邻一侧的平面部分构成一个周期，周期数以及与之相匹配的底座1尺寸根据实际需要进行设定。在本实施例中，柔性层5由橡胶材料制成，以满足在水下工作的耐腐蚀性和耐用性要求。

上述一种动态减阻装置，还包括控制机构。控制机构用于周期性的：通过一侧的第二通孔4向底座1中通入介质，再通过另一侧的第二通孔4从底座1中抽取介质。以使得第一凹槽2中的第二凹槽6在介质的推动下发生周期性形变。在其他实施例中，该控制机构控制的起始点可以是向底座1中通入介质，也可以是从底座1中向外抽取介质。

上述第二凹槽6的壁厚沿多个第二凹槽6的排列方向先逐渐减薄，再逐渐加厚。第二凹槽6背离第一凹槽2侧的表面（即第二凹槽6的外表面）沿多个第二凹槽6的排列方向截断形成的曲线，在第二凹槽6发生周期性形变时，为余弦函数曲线。

通过对第一凹槽2的形状、第二凹槽6的厚度以及对介质周期性抽送时压力流量的控制，能够调整第二凹槽6周期性形变的表面形态（即该曲线表现为不同的余弦曲线函数），以针对周围的不同环境主动做出适应性变化。

该介质可以是液体介质或气体介质，正常情况下，该介质布满在底座1中，即布满在所有第一凹槽2中。

参见图3所示，在实施例1中，上述控制机构包括气泵7、连通在气泵7和一侧的第二通孔4之间的第一管道8、设于第一管道8上的常闭电磁阀9、连通在气泵7和另一侧的第二通孔4之间的第二管道10、设于第二管道10上的常开电磁阀11。在本实施例中，控制机构还包括连通在气泵7和常闭电磁阀9之间的泄压阀12，通过泄压阀12调节气泵7排气量到特定频率的排气量需求值。在本实施例中，第一管道8和第二管道10的内径为12mm，气泵7的工作流量为140l/min，可进行0.3mpa的打压。在其他实施例中，当介质为液体时，该气泵7为抽液泵，抽液泵还用于向底座1中打入液体。

常闭电磁阀9和常开电磁阀11均为三通电磁阀。常闭电磁阀9用于在关闭时连通大气和气泵7，还用于在打开时连通第二通孔4和气泵7；常开电磁阀11用于在打开时连通气泵7和第二通孔4，还用于在关闭时连通大气和气泵7。

通过这个设置，当向底座1中通入气体时，气体通路为：大气-常闭电磁阀9（关闭）-泄压阀12-气泵7-常开电磁阀11（打开）-底座1；当从底座1中抽取气体时，气体通路为：底座1-常闭电磁阀9（打开）-泄压阀12-气泵7-常开电磁阀11（关闭）-大气。

在本实施例中，控制机构还包括用于控制常闭电磁阀9周期性得电的第一时间继电器13、用于控制常开电磁阀11周期性得电的第二时间继电器14。两个时间继电器用于分别控制两个电磁阀使其均处于特定的开闭频率。

通过连接时间继电器的电磁阀控制气泵7对底座1和柔性层5整体进排气，通过泄压阀12来控制气泵7的排气量，使底座1内部的气体压力和气量呈现周期性变化，从而使柔性层5呈现一种类似于波浪运动的表面形态。

参见图4所示，为实施例1中工作时柔性层5外表面在某一动态周期中最大形变时形成的余弦函数曲线，柔性层5外表面呈现为带有一定平整间距的波浪状运动，其中，余弦函数的周期长度为60mm，两个第二凹槽6之间的平台段长度为20mm，最大形变时余弦函数曲线最低点处与平台之间的高度差为4mm。通过多次仿真实验证明，在该余弦函数曲线下，装置的减阻效果较好。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

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