高速氣泡船減阻試驗和理論研究項目摘要

在試驗和理論上對高速氣泡船進行氣膜減阻研究，研究與船型相配合的高速氣泡船的噴口位置、噴嘴方式、噴嘴裝置等關(guān)鍵技術(shù)，研究船舶航行姿態(tài)、波浪對減阻的影響，理論預測噴氣氣膜在船舶邊界層的擴散寬度、長度以及厚度等主要參數(shù)和計算船體摩擦阻力。本研究將填補我國高速氣泡船研究的空白，對發(fā)展我國的高速氣泡船事業(yè)具有重要意義。

減少船舶、潛艇等水面及水下運動物體行進時的阻力，既可以顯著提高速度、降低噪音，又能減少能源損耗，在國防和民用方面均有重要的意義。本項目利用數(shù)值水池技術(shù)和絲網(wǎng)印刷技術(shù)對船用減阻和防污仿生涂層進行結(jié)構(gòu)設(shè)計和制備研究。首先利用數(shù)值水池技術(shù)，采用計算流體動力學方法對仿生涂層的流動性進行模擬，以實現(xiàn)在設(shè)計階段對涂層水動力性能的預測，達到與船池中將涂層布于船模表面進行試驗相同的目的；通過模擬各種幾何結(jié)構(gòu)（形狀、大小和排布等）的涂層在復雜粘性流場的水動力性能，指導船舶的減阻涂層設(shè)計。然后，通過改性和調(diào)配涂層材料的組分，使其同時可以抑制海洋微生物附著的作用。最后，利用絲網(wǎng)印刷技術(shù)研究制備具有微米結(jié)構(gòu)的仿生涂層的方法，并結(jié)合船模和實船實驗測試，為設(shè)計和大規(guī)模制造經(jīng)濟適用的船、艇防污、減阻涂層提供新方法和理論基礎(chǔ)。

通過摻氣水流特性的水槽試驗、不同氣泡尺寸的摻氣減蝕試驗、靜水中氣泡上浮試驗和摻氣水流原型與模型對比分析，對摻分減蝕中氣泡尺寸及其概率分布的特征和作用進行研究，為高壩工程設(shè)計提供更加可靠的理論依據(jù)，為摻氣減蝕研究開拓新的方向。同時，進行多級氣泡尺寸的摻氣水流數(shù)學模型和摻氣檢測儀器開發(fā)，為摻氣水流研究提供更先進的技術(shù)手段。

本項目研究基于理論數(shù)值模擬來指導實際實驗來達到制造用于海洋環(huán)境的仿生減阻抗污涂層。數(shù)值模擬方面，參考了自然界減阻的例子，具體研究了具有肋條平板減阻，三角形溝槽圓管減阻以及正在研究超疏水減阻的效果及原理，討論了非光滑表面的微米結(jié)構(gòu)的形狀，大小和排布等對減阻效果的影響和其減阻原理。根據(jù)模擬結(jié)果，探索了制備減阻抗污涂層的材料，制造方法及測試方法，具體研究了各種大規(guī)模制造微米級別非光滑表面的方法，以及如何測試涂層在海洋環(huán)境下的減阻和抗污能力，海洋環(huán)境對涂層的各種性能的影響。本項目共發(fā)表SCI文章5篇，ＥＩ文章４篇及中文核心文章６篇，參加國際學術(shù)會議９次，獲得相關(guān)項目支持２項，并培養(yǎng)學生５人。