[发明专利]一种仿鲨鱼粘液表释减阻结构的制作方法

说明书

(一)技术领域

本发明涉及一种粘液微孔表释减阻技术的制造方法，更特别地说，是涉及一种仿鲨鱼粘液表释减阻结构的制作方法，它是一种模仿鲨鱼粘液体表释放机理以水下航行器为应用对象的减阻粘液表释结构的制作工艺，属于仿生与生物制造技术领域。

(二)背景技术

节能减排与绿色环保是当今世界发展主题，“十二五规划”指出，我们应该“促进经济社会发展与人口资源环境相协调，走可持续发展之路。”

仿生与生物制造技术是在这一大背景下逐渐发展起来的新兴技术领域。表面减阻是实现航行器节能的有效途径之一，而仿生与生物制造是实现表面减阻的有效手段。航行器为克服表面摩阻而耗费的能量是当今世界能源消耗的重要组成部分，而自然界很多生物经过上亿年的进化形成了具有低阻特性的表皮，模仿鲨鱼等低阻生物的表皮特性减小航行器表面摩阻将会产生巨大的节能减排效应。

很多鱼类皮肤表面可以分泌粘液，这种粘液除可作为一种渗透性的屏障来保护它们防御菌类外，还可以起减小边界层摩擦的作用。游速较快的鲨鱼除借助带有微沟槽结构的微鳞片降低表皮摩擦阻力外，还通过缓慢分泌粘液来实现瞬时机动和高速巡游。鲨鱼体表粘液分泌和减阻机制是一个粘液可动态补充且能智能投送并在鲨鱼皮表面释放的复杂体系，人们经过大量的研究发现，该体系可抽象为以下模型：减阻粘液通过皮肤表层下方的微流道输送到需要表面释放的各个位置；再通过均匀分布的表面微孔阵列缓慢释放到表面，实现减阻作用。

(三)发明内容

1、目的：本发明的目的是提供一种仿鲨鱼粘液表释减阻结构的制作方法，它通过模仿鲨鱼在体表分泌粘液以提高减阻率的机理，以提升水下航行器的机动性和巡航速度为应用目标，提出了通过壁面表层的阵列微孔向边界层释放高聚物粘液的仿鲨鱼粘液表释结构及其制造方法，以解决先前涂层溶解的形式释放高聚物存在的减阻时间过短、释放速度不可控等问题。

2、技术方案：本发明一种仿鲨鱼粘液表释减阻结构的制作方法，包括表释微孔的排布优化设计和表释结构的制作方法。如图1，该方法具体步骤如下：

步骤一：表释微孔的优化设计

鱼类的粘液腺及表面微孔通常呈随机均匀分布，本发明为了便于粘液表释结构的制作，将其简化为矩形分布进行优化，得出微孔的横向间距和纵向间距。从高聚物表释效果的角度考虑，相同的面积上表释孔的数量越多则高聚物分散的越均匀，减阻效果越好；从工艺优化的角度考虑，蒙皮的表释孔越少则制造工艺越简单，对表释孔排布进行优化的两个约束条件是：①湍流边界层内满足高聚物浓度要求的部分达到一定比例；②缓释孔的排布密度在工艺允许的范围以内(见图2)，具体优化方法为：

设目标减阻物的表面积为S，可存放高聚物粘液的空间为V，存放高聚物粘液的浓度为C₀，目标减阻持续时间为t，m₀为单位面积单位时间上可释放高聚物的质量，计算方法为m₀＝VC₀/St，在目标减阻物表面选取面积为g×d的区域A进行分析(gd＜S，且C(d，0，0)小到可以忽略)，设该面积上纵向排列孔的数量为p，横向排列孔的数量为q，每个小孔表释粘液的速度为m₁，m₁＝gdm₀/pq；表释微孔的X向间距为l，l＝g/p；表释微孔的Y向间距为e，e＝d/q。

区域A侧部与区域A面积及表释孔数量都相同的区域定义为区域B，区域A与区域B中间处下一个小格的湍流内层区域(图2中阴影部分)定义为区域D，区域D的长度和宽度如图2所示，高度为湍流边界层的内层厚度ξ，其计算方法为：

ξ=10002υuCf---(1)]]>