脊状表面水下航行器模型减阻实验与数值仿真

针对水下航行器提高航程和航速的需要,开展近壁面湍流边界层减阻的研究.在航行器模型外表面加工具有一定形状尺寸的脊状结构,导致湍流边界层的流动稳定性增强,壁面摩擦阻力降低.开展了轴对称航行器模型在高速水洞中的阻力测试并做了相应条件下的数值仿真,实验和数值仿真的结果基本一致.具有垂直流向脊状表面的航行器模型在一定来流速度范围内具有很好的减阻效果,脊状表面所受的压差阻力略有增大,占总阻力份额80%以上的粘性阻力显著降低,从而形成减阻效果.     

结构化砂轮拓扑磨削阵列随行波表面研究

随行波表面是结构化表面中一种重要的表面，其具有优良的减阻性能。为磨削出阵列随行波凹坑表面，提出平面拓扑映射磨削结构化表面的方法。基于点集拓扑学理论，对随行波单元和排布进行拓扑特征分析并提取特征参量，结合凹坑表面磨削创成机制，建立在磨削过程中砂轮与工件的拓扑空间映射关系，设计出磨粒簇结构化砂轮，使用MATLAB软件对随行波表面磨削过程进行仿真分析，获得相关参数的影响规律，并通过磨削试验实现结构化表面的磨削。结果表明：使用拓扑学理论设计的结构化砂轮能够实现阵列随行波凹坑表面的磨削，且在磨削后随行波凹坑表面的拓扑属性保持不变，拓扑特征参数随着磨削用量的变化发生相应的变化。     

超疏水表面减阻特性的研究进展

超疏水表面具有减阻效果,在提高管道传输效率、降低水下航行体和微流体器件中流动阻力等方面有着广阔的应用前景。介绍超疏水表面的制备、滑移理论以及减阻特性的研究,讨论微尺度下表面润湿性、表面微结构和流场流动状态对壁面减阻的影响,对超疏水壁面减阻的物理机制进行总结,并指出气体层不连续模型和气穴模型是分别适用于光滑疏水表面和带微结构超疏水表面的减阻模型。介绍超疏水表面减阻特性的一些应用,提出将超疏水表面应用到微流体系统中面临的问题,如微通道壁面疏水性的制备及其减阻效果的耐久性。     

水下航行器减阻技术研究

对多种水下减阻技术进行了总结,包括沟槽面湍流减阻、柔性面法、微气泡法、疏水减阻技术.对疏水表面用于减阻的最新研究进展进行了分析,指出现阶段疏水表面存在的不足以及用于减阻所面临的问题,提出了多种减阻机理相结合的新型减阻方式.     

疏水表面的摩擦阻力特性研究

考虑到单纯的形貌和低表面能涂层减小摩擦阻力的效果有限,利用铝基底、聚四氟乙烯涂层制备了几种表面形貌和低表面涂层相结合的疏水表面,并应用到水下航行体的减阻实验中。结果表明:具有聚四氟乙烯涂层的微形貌结构的表面接触角可超过120°,形成疏水状态;部分疏水表面在减阻实验中具有较好的效果,比只有微形貌的表面的周期性减阻有了更好的稳定性;不是所有的疏水表面都具有减小摩擦力的作用,偏角的方向、进刀量的大小、形貌的周期等许多因素都直接影响着阻力的大小。     

小型水下巡航机器人表面减阻仿生设计

为提高小型水下巡航机器人作业过程中的行进效率，基于仿生设计方法进行表面减阻设计。利用边缘提取算法和GetData软件对灰鲭鲨鱼鳞片形态与结构进行特征分析和数据提取；运用Shapr 3D和Rhino软件构建了鳞片三维模型和仿生非光滑结构表面，通过Fluent软件进行流体仿真分析，对比不同流速下的剪切应力。结果表明：当来流速度大于6 m/s时，非光滑表面剪切应力小于光滑表面剪切应力，流速为8 m/s时减阻率最高可达2.9%。仿生灰鲭鲨鱼鳞片非光滑表面模型在一定范围的来流速度下具有较好的减阻效果，但减阻率会随来流速度的增加先增后减，在特定流速下，减阻效果最佳。     

仿鱼鳞的减阻表面设计

基于对鱼鳞减阻原理的分析,讨论了不同鱼类表面的牺牲性粘液减阻、表面切向流减阻两种原理;提出了针对不同粘度介质中的运动物体,应采用相应的减阻表面设计;分析了鱼鳞的结构布置与几何曲线,提出了模仿鱼鳞原理与结构进行减阻表面仿生设计的方法,这对在水和其它流体中运动的机械表面减阻设计具有指导意义。     

一种小型水下高速运动体的自主测速方法

针对水下高速运动体自主测速困难的问题,基于涡轮转速与运动载体速度在一定范围内的线性关系,提出一种适用于小型水下高速运动体的自主测速方法.建立了基于力矩平衡的涡轮转动黏性数学模型,给出了模型求解方法,计算并获得了理论曲线.设计制作了原理样机,在高速水洞中进行了模拟实验.结果表明:在实验段测速线性度误差为3.89％,初生空化数约为1.02,在水下1 m以下环境,测量30节(55.56 km/h)以内的速度不会发生明显空化.该方法经初步验证切实可行.     

厢式运输车厢体的气膜减阻法试验研究

针对厢式运输车厢体表面减阻问题,提出一种基于气膜减阻的厢式运输车厢体风阻减阻方法。设计气膜发生器和可变风速测阻装置,分别以安装和未安装该气膜发生器的厢式运输车模型为试验研究对象,在可变风速测阻装置中进行风阻测试。结果表明,气膜发生器能够起到一定的减阻效果,从而验证了气膜减阻方法用于厢式运输车厢体减阻是可行的。     

不同凹坑深度在乏油润滑状态下的减阻实验

采用磨削加工和腐蚀加工方法加工了4种表面凹坑形貌,然后在平面-平面接触,乏油润滑状态下进行了4种形貌的润滑实验。实验结果表明,材料表面的凹坑有一定的减阻效果,且某一深度的凹坑减阻效果最好,达到极值,大于或小于这一深度,减阻效果次之。从而得到结论,在平面-平面接触,乏油状态下,该种表面凹坑有一定减阻作用,且在某一深度的凹坑减阻效果最好。