本发明专利技术公开了一种超疏水表面微型多用途水下无人潜航器壳体平台，包括壳体、壳底、尾翼，三部分外表面均经过激光加工，从而具备超疏水特性；壳体由前端的半球头部与位于所述半球头部后的圆柱段构成，半球头部最前端为一圆形平面；壳底固定连接在壳体后部，为圆台形状，圆台大圆一面与所述壳体连接，另在圆台小圆上，即所述壳底后部有个具有一定长度和厚度的圆环；尾翼固定连接在壳底上，其厚度从连接平面到外缘递减，垂直于所述壳体平台中心轴线的截面形状为等腰三角形，侧面为平整平面。该无人潜航器具有良好的减阻特性，使其在水中移动时所受阻力大大降低，从而具备更远的航程；且本发明专利技术制造简单，成本低廉，适合大范围使用。适合大范围使用。适合大范围使用。
【技术实现步骤摘要】
超疏水表面微型多用途水下无人潜航器壳体平台
[0001]本专利技术属于水下无人潜航器
，特别是一种超疏水表面微型多用途水下无人潜航器壳体平台。
技术介绍
[0002]近几十年随着技术迅速发展，人类的活动范围从陆地拓展至太空和海洋。人类对海洋逐步深入的探索决定了对装备的更高需求。早期人类涉足海洋时携带的种种装备现在看来更多都像是简易替补产品，难以胜任日后大规模、更深入的探索工作。目前人类有越来越多的例如打捞沉船、探测矿物的水下工程展开，这更是要求水下装备需要成为一种规模化、标准化产品。水下探测和作业不同于潜水活动，潜入水下后还需要一定的照明、侦察、探测设备辅助才能完成。例如水下能见度低远处水域需要照明，水下状况复杂人难以前进的地方需要侦察，遇到鲨鱼等凶猛鱼类需要散布药剂驱赶掩护撤退等。从这些用途可以看出水下辅助装备载体都需要具备航程远、航速慢的特点，如此多种类的装备如果有一个通用载体更适合大规模使用。而具有表面超疏水特性的微型多用途水下无人潜航器壳体平台恰能符合这些要求，超疏水表面可以大大减小流动阻力，使航行速度衰减缓慢，壳体平台加装内部装置后即可用于各种用途。
[0003]超疏水表面物体与水接触时具备十分优异的减阻特性，因其表面与液体之间会出现固液界面滑移现象，所以不存在具有极大黏滞阻力的边界层。目前的研究结果表明，要使材料具备超疏水性能优异的表面，需要两个必备条件：一是材料的化学性质表现为拥有较低的表面能，二是微观下材料表面拥有特殊的复杂结构。因而使某种材料表面具有超疏水特性有两种主要途径：对于低表面能的材料，只需在其表面构造出微观粗糙结构；而当材料表面能较高时，除在其表面制作出粗糙结构外，还要用低表面能材料对其表面进行修饰覆盖。对于许多具有高表面能的金属材料第二种方法更为合适。
[0004]目前制造超疏水表面的方法主要有三种，分别为模板法、电化学方法和光刻方法，这些方法都有其不足之处。模板法需事先浇铸带有微观表面结构的模板，工序复杂，而且不同表面结构需要不同模板，成本较高；电化学方法需要苛刻的加工环境并涉及许多的化学品，导致其生产效率低且会引起环境污染；光刻方法需要精密的加工设备，成本高昂且效率低下。在水下作业领域，标准化的水下装置载体尚属空白，虽然已有一些用于照明和侦察的装备出现但大都是聊胜于无的替补产品，无法用于大规模装备和更多的探索需求，遑论成为一种标准化产品了。
技术实现思路
[0005]本专利技术的目的在于提供一种超疏水表面微型多用途水下无人潜航器壳体平台，使用该壳体的无人潜航器在水下航行过程中具备航速低、航程远、航迹稳定的特点。
[0006]实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种超疏水表面微型多用途水下无人潜航器壳体平台，包括壳体、壳底、尾翼，三部分外表面均经过激光加工，从而具备超疏水特性；所
述壳体由前端的半球头部与位于所述半球头部后的圆柱段构成，所述半球头部最前端为一圆形平面；所述壳底固定连接在所述壳体后部，为圆台形状，圆台大圆一面与所述壳体连接，另在圆台小圆上，即所述壳底后部有个具有一定长度和厚度的圆环；所述尾翼固定连接在所述壳底上，其厚度从连接平面到外缘递减，垂直于所述壳体平台中心轴线的截面形状为等腰三角形，侧面为平整平面。
[0007]进一步的，所述壳体、壳底、尾翼经过激光加工，从而形成超疏水表面，加工所用激光束为脉冲宽度为1ns～100ns的纳秒激光，加工方法为用能量密度在1000～5000W/cm2范围内的激光束在所述壳体平台整体表面按从前到后的顺序，先壳体后尾翼将表面匀速扫描一遍，整个扫描过程中激光强度恒定不变。
[0008]进一步的，加工时激光束垂直照射于潜航器壳体表面。
[0009]进一步的，在所述壳底圆台侧面一周上均匀分布四个用于连接所述尾翼的平面，所述尾翼与之连接的相应部分也是平面。
[0010]进一步的，整个潜航器壳体为一中间带有关于潜航器中心轴对称的空腔的均质薄壁壳体，壁厚处处相等。
[0011]进一步的，所述壳体圆柱部分内部空腔直径0.9D，圆柱部分长1.5D，D为所述壳体圆柱部分外部直径；所述壳体半球头部最前端为圆形平面直径0.2D。
[0012]所述壳底后部小圆直径0.5D；所述无人潜航器整体全长3.2D。
[0013]所述尾翼底面等腰三角形底边宽0.075D，高0.375D，与所述壳底圆环底面齐平，底面外缘平直延伸至所述壳体与所述壳底连接处圆周上。
[0014]所述壳底后部有个具有一定长度和厚度的圆环，用于安装动力与转向装置或连接于发射装置，所述圆环长度0.125D，厚度与所述壳体与壳底壁厚相等。
[0015]进一步的，所述壳体、壳底、尾翼由铝直接铸造而成，经过激光扫描后表面形成AI2O3层，并且氧化铝层在微观上呈现条状结构。
[0016]本专利技术与现有技术相比，其显著优点为：
[0017](1)本专利技术的水下无人潜航器壳体平台使多种水下作业辅助装置拥有一个标准化载体，为水下辅助装置的制造、发展甚至研究提供了一个有利平台；
[0018](2)激光加工很容易实现壳体平台超疏水表面的流水线化加工生产，使这种装置加工效率大为提高，生产成本大大降低；
[0019](3)本专利技术的壳体平台中间空腔体积较大，便于装载各种装置作为内部构造，且装载时可以控制整体重量使其整体密度与水相等或尽可能接近于水，如此潜航器出发后能在水下沿直线航行；
[0020](4)壳体平台上经激光加工而成的超疏水表面能使水下无人潜航器获得较好的减阻性能，出发或发射后具有较远的航程；
[0021](5)加工使用的原材料是铝，替补材料为透明树脂，这都是十分寻常的材料，有利于大批量生产；铝是便于加工的材料，若有不同的需求可进一步机械加工成需要的形状构造，树脂补件可直接铸造而成，壳体平台可适用于各种用途，也具有较大的改造和发展空间；
[0022](6)使用该壳体平台的水下无人潜航器可根据任务需要决定是否自带动力，因此可以设计为一次性的或回收使用的，实际应用中很具有灵活性；
[0023](7)壳体平台前端带有圆平面，后部带有尾翼，可使无人潜航器在水中航行平稳；
[0024](8)壳体平台尾部带有圆环，方便安装推进及转向装置，或是连接发射装置，使用方便。
附图说明
[0025]图1是本专利技术的水下无人潜航器壳体平台整体表面三视图
[0026]图2是本专利技术的水下无人潜航器壳体平台中心轴剖面结构示意图。
[0027]图3是激光加工水下无人潜航器壳体平台表面生成的氧化铝条状结构。
[0028]图4是接触角θ示意图。
[0029]图5是Wenzel模型中超疏水表面示意图。
[0030]图6是Cassie
‑
Baxter模型中超疏水表面示意图。
[0031]图7是水下无人潜航器壳体超疏水表面边界层分布与表面微观构造示意图。
具体实施方式
[0032]本专利技术提出一种超疏水表面微型多用途水本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种超疏水表面微型多用途水下无人潜航器壳体平台，其特征在于：包括壳体(1)、壳底(2)、尾翼(3)，三部分外表面均经过激光加工，从而具备超疏水特性；所述壳体(1)由前端的半球头部与位于所述半球头部后的圆柱段构成，所述半球头部最前端为一圆形平面；所述壳底(2)固定连接在所述壳体(1)后部，为圆台形状，圆台大圆一面与所述壳体(1)连接，另在圆台小圆上，即所述壳底(2)后部有个具有一定长度和厚度的圆环；所述尾翼(3)固定连接在所述壳底(2)上，其厚度从连接平面到外缘递减，垂直于所述壳体平台中心轴线的截面形状为等腰三角形，侧面为平整平面。2.根据权利要求1所述的超疏水表面微型多用途水下无人潜航器壳体平台，其特征在于：所述壳体(1)、壳底(2)、尾翼(3)经过激光加工，从而形成超疏水表面，加工所用激光束为脉冲宽度为1ns～100ns的纳秒激光，加工方法为用能量密度在1000～5000W/cm2范围内的激光束在所述壳体平台整体表面按从前到后的顺序，先壳体后尾翼将表面匀速扫描一遍，整个扫描过程中激光强度恒定不变。3.根据权利要求2所述的超疏水表面微型多用途水下无人潜航器壳体平台，其特征在于：加工时激光束垂直照射于潜航器壳体表面。4.根据权利要求1或2所述的超疏水表面微型多用途水下无人潜航器壳体平台，其特征在于：在所述壳底(2)圆台侧面一周上均匀分布四个用于连接所述尾翼(3)的平面，所述尾翼(3)与之连接的相应部分也是平面。...
【专利技术属性】
技术研发人员：冯君，丁初帆，李伟兵，陈滨，孙溪晨，侯云锟，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：
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