本发明属于水下减阻技术领域，尤其涉及一种超疏水表面气膜减阻模型。
背景技术：
现有的交通工具如船舶、飞机等有70％～80％的能耗被用于克服与接触介质间的摩擦阻力，尤其在潜艇、鱼雷等水下航行器运行中，摩擦阻力不仅决定着水下航行器本身的续航能力，同时也影响着国家的国防能力。超疏水材料表面的微结构能够储存部分气体，当超疏水材料处于水下时，气体在水和材料界面间形成一层“气膜”，降低了两者之间的摩擦力，起到了良好的减阻的效果。但是随着水在材料表面流动，材料表面微结构中气体被水挤出，气膜不复存在，减阻效果降低。
申请号为201510136084.6的专利文献采用船底凹槽上的横向导流板装置，用船上风机向船底输入空气形成连续薄层空气膜，实现船舶气膜减阻节能，但是它不能用于水下的航行器。申请号为201510579215.8的专利文献的气膜减阻层由亲水区域和疏水区域相间组成，一定时间内可维持气膜存在，但该气膜为一次性的，不能及时补充。申请号为201611112056.1的专利文献采用直流电源电解水产气形成气膜达到减阻效果，但是该结构需要另外添加直流电源提供能量，应用不方便。
技术实现要素：
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种超疏水表面气膜减阻模型，不需添加直流电源提供能量就可形成气膜达到减阻效果。
本发明的具体技术方案如下：
一种超疏水表面气膜减阻模型，包括：超疏水基材、第一金属和第二金属；
所述超疏水基材表面设置有凹槽；
所述凹槽内设置有所述第一金属和所述第二金属，所述第一金属和所述第二金属插设于并凸出于所述凹槽底部；
所述第一金属和所述第二金属的活性不同。
优选的，所述凹槽为长方体凹槽；
两个或两个以上所述凹槽平行分布并形成栅格。
优选的，相邻所述凹槽的间距为20μm～30μm。
优选的，所述凹槽的宽度为25μm～50μm。
优选的，所述凹槽的深度与所述凹槽的宽度的比值为0.26～10。
优选的，所述第一金属和所述第二金属垂直插设于并凸出于所述凹槽底部。
优选的，所述超疏水基材为聚四氟乙烯、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物、四氟乙烯-乙烯共聚物和/或聚偏氟乙烯。
优选的，所述第一金属为镍钼铁合金、镍钼合金、镍钼铜合金、镍钼铁锌合金、铁钴合金和/或钼铁铜合金；
所述第二金属为镁。
综上所述，本发明提供了一种超疏水表面气膜减阻模型，包括：超疏水基材、第一金属和第二金属；所述超疏水基材表面设置有凹槽；所述凹槽内设置有所述第一金属和所述第二金属，所述第一金属和所述第二金属插设于并凸出于所述凹槽底部；所述第一金属和所述第二金属的活性不同。本发明中，凹槽中的气体被海水挤走时，活性不同的第一金属和第二金属与海水接触，海水作为电解液，第一金属和第二金属作为正极和负极，形成原电池，海水中氢离子在正极上得到电子形成氢气，扩散后填充至整个凹槽，形成气膜，此时正极与电解液被气膜隔开，原电池断路，停止产生气体；当凹槽中的气体再次被海水挤走，正极、负极与海水接触，原电池再次形成并产气。如此反复，则可使超疏水基材表面长时间存在气体，保证气膜的存在，达到减阻效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本发明实施例中的一种超疏水表面气膜减阻模型的截面图；
图2为本发明实施例中的一种超疏水表面气膜减阻模型的俯视图；
图示说明：1.超疏水基材；2.第二金属；3.第一金属；4.凹槽。
具体实施方式
本发明提供了一种超疏水表面气膜减阻模型，不需添加直流电源提供能量就可形成气膜达到减阻效果。
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1和图2，分别为本发明实施例中的一种超疏水表面气膜减阻模型的截面图和俯视图。
本发明实施例中的一种超疏水表面气膜减阻模型包括：超疏水基材1、第一金属3和第二金属2；
超疏水基材1表面设置有凹槽4；
凹槽4内设置有第一金属3和第二金属2，第一金属3和第二金属2插设于并凸出于凹槽4底部；
第一金属3和第二金属2的活性不同。
本发明实施例中，凹槽4中的气体被海水挤走时，活性不同的第一金属3和第二金属2与海水接触，海水作为电解液，第一金属3和第二金属2作为正极和负极，形成原电池，海水中氢离子在正极上得到电子形成氢气，扩散后填充至整个凹槽4，形成气膜，此时正极与电解液被气膜隔开，原电池断路，停止产生气体；当凹槽4中的气体再次被海水挤走，正极、负极与海水接触，原电池再次形成并产气。如此反复，则可使超疏水基材1表面长时间存在气体，保证气膜的存在，达到减阻效果。
本发明实施例中，超疏水基材1表面既能维持稳定气膜的存在，也减少了负极材料的消耗，延长了材料使用寿命。并且，本发明超疏水表面气膜减阻模型不需要添加外接电源，使用方便。
需要说明的是，第一金属3和第二金属2可接触或不接触。
本发明实施例中，凹槽4为长方体凹槽；
两个或两个以上凹槽4平行分布并形成栅格。
本发明凹槽4采用热压印的方法制备得到，形成一排排并列栅格型凹槽。
第一金属3和第二金属2为线状材料，线状材料的下部分埋在凹槽4底部以内，线状材料的上部分则暴露在凹槽4内部。
本发明实施例中，相邻凹槽4的间距为20μm～30μm。
相邻凹槽4的间距太小会使得凹槽4机械强度不够，容易被磨平，但相邻凹槽4的间距太大气体在凹槽4中容易溢出。
凹槽4的宽度为25μm～50μm。
本发明实施例中，凹槽4的深度与凹槽4的宽度的比值为0.26～10。凹槽4的深度与凹槽4的宽度的比值更优选为3。
凹槽4的宽度为25μm～50μm，凹槽4的深度与凹槽4的宽度的比值为0.26～10，保证了超疏水表面气膜减阻模型产生的气体在凹槽4中能够水平扩散，而不是垂直向上溢出凹槽。
本发明实施例中，第一金属3和第二金属2垂直插设于并凸出于凹槽4底部。
本发明实施例中，超疏水基材1为聚四氟乙烯、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物、四氟乙烯-乙烯共聚物和/或聚偏氟乙烯。
本发明实施例中，第一金属3为镍钼铁合金、镍钼合金、镍钼铜合金、镍钼铁锌合金、铁钴合金和/或钼铁铜合金；
第二金属2为镁。
本发明实施例中，第一金属3和第二金属2压印于凹槽4底部，与凹槽4垂直，第一金属3为镍钼铁合金，第二金属2为镁，当凹槽4中的气体被海水挤走时，镍钼铁合金作为正极，镁作为负极，海水作为电解液，形成原电池。
本发明实施例超疏水表面减阻模型是一种自控产气的超疏水表面减阻模型，将第一金属3和第二金属2压印于凹槽4的底部，利用原电池产气原理及时补充凹槽4损失的气体，使凹槽4内部达到自我控制产气的效果，能够保证在流体中超疏水基材1表面凹槽4上的气膜长期稳定存在进而达到持续减阻效果，解决了超疏水基材1表面在湍流等复杂流体情况下，其表面凹槽4中气体被水挤出而无法形成气膜导致减阻效果降低的问题。
为了进一步理解本发明，下面结合具体实施例对本发明进行详细阐述。
实施例1
本实施例中，在聚四氟乙烯表面采用热压印的方法制备出由一排排并列栅格型凹槽组成的超疏水表面，其中凹槽底部有垂直于凹槽的金属丝。具体步骤如下：在加热板上从下到上依次放置模具、正极金属线、负极金属线、聚四氟乙烯片、平板玻璃和压力装置。将模具加热到285℃，3min后待聚四氟乙烯片呈流动态时，施加一定压力，使聚四氟乙烯填充到模具中，冷却、脱模后得到超疏水表面。其中，凹槽的深度为150μm，凹槽的宽度50μm，凹槽的深度与凹槽的宽度的比值为3，相邻凹槽间距为25μm。正极金属线和负极金属线分别为镍钼铁合金和镁，正极金属线和负极金属线与凹槽垂直且都暴露在凹槽底部，即在热压印制样时金属丝没有被聚四氟乙烯覆盖，故当凹槽中气体被水挤走后，正极金属线、负极金属线和水可形成原电池。利用原电池反应原理，在金属正极上反应产气并快速扩散填充凹槽形成表面的气膜，达到了减阻效果。同时，当该气膜再次被水挤走后原电池又开始工作继续产气形成气膜，因此保证了聚四氟乙烯表面气膜的长期稳定存在。
实施例2
本实施例中，在聚四氟乙烯表面采用热压印的方法制备出由一排排并列栅格型凹槽组成的超疏水表面，其中凹槽底部有垂直于凹槽的金属丝。具体步骤如下：在加热板上从下到上依次放置模具、正极金属线、负极金属线、聚四氟乙烯片、平板玻璃和压力装置。将模具加热到285℃，3min后待聚四氟乙烯片呈流动态时，施加一定压力，使聚四氟乙烯填充到模具中，冷却、脱模后得到超疏水表面。其中，凹槽的深度为150μm，凹槽的宽度100μm，凹槽的深度与凹槽的宽度的比值为1.5，相邻凹槽间距为25μm。正极金属线和负极金属线分别为镍钼铁合金和镁，正极金属线和负极金属线与凹槽垂直且都暴露在凹槽底部，即在热压印制样时金属丝没有被聚四氟乙烯覆盖，故当凹槽中气体被水挤走后，正极金属线、负极金属线和水可形成原电池。利用原电池反应原理，在金属正极上反应产气并快速扩散填充凹槽形成表面的气膜，达到了减阻效果。同时，当该气膜再次被水挤走后原电池又开始工作继续产气形成气膜，因此保证了聚四氟乙烯表面气膜的长期稳定存在。
实施例3
本实施例中，在聚四氟乙烯表面采用热压印的方法制备出由一排排并列栅格型凹槽组成的超疏水表面，其中凹槽底部有垂直于凹槽的金属丝。具体步骤如下：在加热板上从下到上依次放置模具、正极金属线、负极金属线、聚四氟乙烯片、平板玻璃和压力装置。将模具加热到285℃，3min后待聚四氟乙烯片呈流动态时，施加一定压力，使聚四氟乙烯填充到模具中，冷却、脱模后得到超疏水表面。其中，凹槽的深度为150μm，凹槽的宽度150μm，凹槽的深度与凹槽的宽度的比值为1，相邻凹槽间距为25μm。正极金属线和负极金属线分别为镍钼铁合金和镁，正极金属线和负极金属线与凹槽垂直且都暴露在凹槽底部，即在热压印制样时金属丝没有被聚四氟乙烯覆盖，故当凹槽中气体被水挤走后，正极金属线、负极金属线和水可形成原电池。利用原电池反应原理，在金属正极上反应产气并快速扩散填充凹槽形成表面的气膜，达到了减阻效果。同时，当该气膜再次被水挤走后原电池又开始工作继续产气形成气膜，因此保证了聚四氟乙烯表面气膜的长期稳定存在。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。