阅读说明：本技术 一种船用减阻膜 (Drag reduction film for ship ) 是由 胡海豹 刘苏阳 石颖超 连薇 李和仁 陆天洋 于 2021-07-29 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种船用减阻膜,包括微孔、沟槽和背胶等。船体内部产生气泡后,通过船底的微孔沿着膜上沟槽向后运动,形成一层气膜层,以限制航行器表面边界层底部液体的横向运动,改善其近壁面流场的特性,有效降低壁面的摩擦阻力,从而获得较高的速度,同时也减少了能源消耗,充分发挥了其在环境保护方面“节能减排”的优势。此外,若有对应条件,也可通过“润湿阶跃效应”控制产气孔道的个数及分区,使其一部分产气而另一部分不产气,以期利用若干沟槽的集合束缚气膜,延长气膜的存在时间。(The invention relates to a marine drag reduction film which comprises micropores, grooves, gum and the like. After bubbles are generated in the ship body, the air bubbles move backwards along the grooves on the film through the micropores on the ship bottom to form an air film layer, so that the transverse movement of liquid at the bottom of the boundary layer on the surface of the aircraft is limited, the characteristic of a flow field close to the wall surface of the aircraft is improved, the frictional resistance of the wall surface is effectively reduced, the higher speed is obtained, the energy consumption is reduced, and the advantages of energy conservation and emission reduction in the aspect of environmental protection are fully exerted. In addition, if corresponding conditions exist, the number and the subareas of the gas generating pore channels can be controlled through the wetting step effect, so that part of the gas generating pore channels generate gas and the other part of the gas generating pore channels do not generate gas, the gas film is bound by the set of a plurality of grooves, and the existence time of the gas film is prolonged.)

一种船用减阻膜

技术领域

本发明属于船舶减阻

技术领域

，涉及一种船用减阻膜。

背景技术

速度是衡量船舶及水下航行器性能的一个重要指标。在相同的输入功率下，速度的快慢与其所受阻力的大小近似成0.5次方的关系。船舶及水下航行器所受的阻力分别由摩擦阻力、压差阻力和兴波阻力三部分组成，其中摩擦阻力占比最高，因而减小摩擦阻力是增速降耗的主要方法。目前主流的减阻方法有沟槽减阻、柔壁减阻、气膜减阻等，其中气膜减阻也已在行业内得到广泛应用。基于上述情况，我团队设计了一种船用减阻膜，以在减阻方面产生更好的效果。专利CN101269695A中涉及一种向船底输入空气或者借助航速和水流作用形成空气膜的气膜减阻结构，对外界条件依赖性较大，不能保证气膜的持续形成，具有一定的局限性。专利CN206555624U通过一种具有微沟槽减阻结构的管道，其内壁上设置有多个凸起，所述凸起为正三角形，呈环形阵列，并形成V形沟槽。它虽然结构简单，实用性强，也利用了自身结构改变流体在接触表面的流场，增加了粘性底层厚度，降低了表面的湍动能及速度梯度，从而实现了减阻，但该专利仅研究了管道内流动，未涉及船体运动(外部流动)的情况。此外，专利CN110484151A涉及一种微沟槽减阻柔性薄膜及其制备方法，微沟槽薄膜一面有三角形的沟槽结构单元，另一面则有胶层，便于快速粘贴于飞行器表面。飞行器表面覆盖微沟槽薄膜后，在飞行器高速飞行时，可限制飞行器表面空气的展向运动，有效降低壁面的摩擦阻力。该设计虽同是利用了沟槽减阻，但更适用于空气中运动的飞行器，对水下航行器的具体应用尚缺研究。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种船用减阻膜，克服气膜无法持续存在以及其它相关案例应用范围较小等问题。主要材质是聚四氟乙烯(PTFE)，它既具有一定的疏水性，又兼具有防污的作用。

技术方案

一种船用减阻膜，其特征在于：船体底部为聚四氟乙烯材料，一面设有背胶与船底部固定，另一面设有多条沟槽和微孔；所述多条沟槽平行于船体前行方向，横截面为T型结构；沟槽底部为锐角，两沟槽之间为平台，平台上设有微孔；所述每个平台上微孔组合后与船体底部前端形状相吻合，且每个微孔与船底部的通孔相连通；当船体内部产生气泡后，通过船底的微孔沿着膜上沟槽向后运动，形成一层气膜层，以限制航行器表面边界层底部液体的横向运动，改善其近壁面流场的特性，有效降低壁面的摩擦阻力，

所述聚四氟乙烯材料上的多条沟槽采用刻蚀制成，将聚四氟乙烯树脂预压成膜状，烧结成型后再经刻蚀形成具有沟槽结构的微孔膜。

有益效果

本发明提出的一种船用减阻膜，包括微孔、沟槽和背胶等。船体内部产生气泡后，通过船底的微孔沿着膜上沟槽向后运动，形成一层气膜层，以限制航行器表面边界层底部液体的横向运动，改善其近壁面流场的特性，有效降低壁面的摩擦阻力，从而获得较高的速度，同时也减少了能源消耗，充分发挥了其在环境保护方面“节能减排”的优势。此外，若有对应条件，也可通过“润湿阶跃效应”控制产气孔道的个数及分区，使其一部分产气而另一部分不产气，以期利用若干沟槽的集合束缚气膜，延长气膜的存在时间。

本发明利用气膜减阻方法和沟槽减阻方法进行减阻。此外，由于该装置占据区域较小，故适用于航程相对较短且航速较快的高速小型船舶。

本发明将气膜减阻法和沟槽减阻法同时应用于船舶减阻装置中，产生气体并形成稳定气膜，因而能够长时间内维持减阻效果。本发明装置在膜外表面采取沟槽结构，可实现稳定气膜的作用，气体通过船底微孔进入沟槽中，通过聚四氟乙烯表面微结构的疏水作用和沟槽的束缚作用在船底形成稳定的气膜，最终实现船舶有效减阻的目的。

同时本发明通过疏水，也具有一定的防污效果，而其结构简单、易于实现、制作成本低、环保节能的特点也使其在船舶减阻领域具有一定的工程应用价值。

附图说明

图1为本发明一种船用减阻膜的纵向剖面示意图。

图2为本发明一种船用减阻膜的横向剖面示意图。

图3为本发明一种船用减阻膜的总体示意图。

图4为本发明一种船用减阻膜在船底的应用示意图(以轴测图形式呈现)。

图中：1.纵向沟槽 2.微孔道 3.形成的稳定气膜层.4.船体，5减阻膜

注：虚线代表膜内部用于气体流通的孔道。

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

参阅图1，图2，图3和图4。本发明是一种船用减阻膜，其细部结构如图1所示。该膜用聚四氟乙烯(PTFE)制成，共分为两面。一面主要包括沟槽1和微孔道2两个部分，其中沟槽沿船底纵向均匀分布；船体底部制有微孔，减阻膜沟槽底部设计有微孔道2，且所述微孔道2通过船体底部微孔与船体内部气源相通以使气体连贯输出。另一面未刻蚀沟槽，而采用背胶的形式以便于将膜固定在船底。具体而言，如图2所示，膜的外表面有锯齿状的沟槽，前部设计有小孔，并与船底的小孔相通；气体从船内的气源析出后，渗入船底的沟槽之中，利用聚四氟乙烯表面结构的疏水特性和沟槽的束缚来控制气膜的生成，通过“润湿阶跃效应”控制通气孔道的分布，使其一部分产气而另一部分不产气，保证其在一段时间内能够稳定存在，同时也尽可能地延长其存在时间。同时，由于气膜和沟槽的存在，海水中的一些泥垢等污物也会被隔绝到船底之外，从而实现防污的作用。此外，受制于“润湿阶跃效应”导致的气膜含气量相对较少的问题，需要每隔一定时间进行补气，以在船的底部表面形成一层稳定气膜，以减小阻力。制备薄膜时采用刻蚀法，将聚四氟乙烯树脂预压成膜状，烧结成型后再经刻蚀形成具有沟槽结构的微孔膜，如图3所示。图4为该膜运用于船底的示意图。