[发明专利]利用形状记忆合金人工肌肉缓释减阻剂的仿生鲨鱼皮

说明书

技术领域

本发明涉及一种仿生鲨鱼皮，更特别地说，是指一种利用形状记忆合金人工肌肉缓释减阻剂的仿生鲨鱼皮，属于工程仿生技术领域。

背景技术

有效降低航行器的表面阻力以提高速度、机动性、续航力以及燃料利用效率，对于国民经济和国防安全具有重要意义。鲨鱼、海豚、金枪鱼等高游速水下生物无疑为人类提供了极为宝贵的工程仿生范本，有针对性地研发高效、低阻仿生减阻表皮成为当前的研究热点和难点。

鲨鱼的高游速除了与其完美的流线型形体有关外，还与其表皮特殊的微鳞片结构及其鳞下分泌的粘液关系密切，二者的协同耦合减阻机能被学术界称作“鲨鱼皮效应”（Shark Skin Effect）。当前有关仿鲨鱼复合减阻结构的研究多见报道，比如专利号为ZL201110261668.8的中国专利公开了一种即时缓释减阻剂的高逼真仿鲨鱼减阻结构及其制作方法，通过在仿鲨鱼沟槽微形貌上制作微孔阵列，借助电液控制系统控制减阻剂由泵源经由该微孔阵列向仿鲨鱼微鳞片表面缓释减阻剂以达到仿鲨鱼复合减阻的效果；再比如专利号为ZL201110261667.3、ZL201110261739.4、ZL201110261678.1的中国专利公开了一系列以硅藻土中的硅藻壳体为缓释媒介，向同时以硅藻土为构形介质制作出的高逼真仿鲨鱼微鳞片表面缓释减阻剂的方法。但上述结构或方法存在制作工艺复杂、控制方法繁琐、使用寿命短、可操作性差等问题。

人工肌肉是近几十年问世的一种新型智能材料，它能够在外加电场、环境温度或酸碱度的作用下，通过材料内部结构的改变而伸缩并产生力的作用，具有和生物肌肉十分相似的机能。目前已研发出的人造肌肉材料涉及聚合物、金属、凝胶以及碳纳米管等，其中形状记忆合金（Shape Memory Alloys，简称SMA）是当前应用较为成熟的人工肌肉材料之一。SMA是一种能够记忆原有形状的智能材料，当温度低于其转变温度时将其人为变形，则当温度高于其转变温度时其可自动恢复到变形前形状，且具有双程记忆效应的SMA可在重新冷却至转变温度以下时又能回复到其低温相形状。形状记忆合金人工肌肉充分利用了SMA这种独特的双程形状记忆效应，利用外来热源控制其温度在转变温度上下转换，从而使其不断在低温相与高温相之间往复变形，进而展现出类似肌肉伸缩的较大力量，从而实现某种力的功能。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种利用形状记忆合金人工肌肉缓释减阻剂的仿生鲨鱼皮，以解决上述技术问题。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：利用形状记忆合金人工肌肉缓释减阻剂的仿生鲨鱼皮，其特征在于，包括支撑座、硬化导电层I、人工肌肉伸缩单元、硬化导电层II、仿鲨鱼鳞片表皮层、减阻剂液体层，所述支撑座用于支撑并将仿生鲨鱼皮安装固定于载体外壳壁面，所述硬化导电层I的下表面与支撑座上表面相固定，所述硬化导电层II的上表面与仿鲨鱼鳞片表皮层的下表面相胶合，硬化导电层I上表面和硬化导电层II下表面之间的区域封装有一定厚度、一定成分和浓度的减阻剂液体层，若干数量的人工肌肉伸缩单元呈阵列化竖直排布于减阻剂液体层内，所述人工肌肉伸缩单元包括具有一定支撑强度的形状记忆合金人工肌肉簧、牵拉头、两段式电加热棒和连接导线，形状记忆合金人工肌肉簧的一端在保持与硬化导电层I绝缘的同时与支撑座固定连接，另一端在与硬化导电层II绝缘的同时与牵拉头固定连接，借由可伸缩连接导线串联起来的两段式电加热棒中的一段与硬化导电层I做导电连接，另一段与硬化导电层II做导电连接，牵拉头的底面与硬化导电层II的上表面相胶合，牵拉头的其余面与仿鲨鱼鳞片表皮层下表面所开设的若干牵拉孔相对应固定连接，仿鲨鱼鳞片表皮层的上表面制作有若干高逼真仿鲨鱼微鳞片，仿鲨鱼鳞片表皮层上开有一定数量、规则排列的通孔型表皮泌液微孔，硬化导电层II上开有一定数量、规则排列且与表皮泌液微孔对应连通的硬化导电层II输液通孔，硬化导电层I上开有一定数量、规则排列的硬化导电层I输液通孔，支撑座上开有一定数量、规则排列且与硬化导电层I输液通孔对应连通的支撑座输液通孔；还包括一减阻剂液路系统，所述减阻剂液路系统包括储液罐、管路、单向阀I、单向阀II，储液罐用于存储水溶性减阻剂以作为缓释用减阻剂的来源，一定数量的单向阀I固定于支撑座下表面上，其来流端通过管路连通储液罐，其去流端依次经由支撑座输液通孔和硬化导电层I输液通孔与减阻剂液体层连通，一定数量的单向阀II固定于硬化导电层II下表面上，其来流端与减阻剂液体层连通，其去流端依次经由硬化导电层II输液通孔和表皮泌液微孔与仿鲨鱼鳞片表皮层外空间相连通。