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进入21世纪以来，国家海洋权益之争愈发尖锐，海洋正逐渐成为国家间军事竞争的主战场。船舶减阻技术可显著降低燃料消耗，提高船舶航速，具有重要的经济和军事价值，日益成为船舶领域的研究热点。目前，各类减阻技术已在理论方面取得了长足的进展，并开始逐步走向实用化，美、俄、英、德、法、日等发达国家在这方面走在世界前列。 海洋中航行体在运行过程中需要克服三种阻力：一为兴波阻力，即航行体因为自身运动引起水波而形成的阻力，改进航行器设计可以减少兴波阻力；二为压差阻力，即航行体运动时其头部和尾部之间的压力差而形成的阻力，其与航行体的流线型等有关;三为摩擦阻力，即航行体运动时与周围水流摩擦而形成的阻力，其与航行体和水的接触面积及边界层各水层之间的切应力等有关。对于常规船舶，摩擦阻力约占阻力的50%;而对于水下运动的航行体如鱼雷、潜艇等，该比例可高达70%。摩檫阻力是影响航行体速度和能耗的关键，减少摩擦阻力在整个海洋减阻领域中显得尤为重要。目前水下减阻技术主要包括脊状表面减阻、外形优化减阻、超空泡减阻及低表面能减阻。 脊状表面减阻技术起源于波浪状沙丘、仿生学对鲨鱼等鱼类表皮的研究，通过在研究对象表面加工具有一定形状尺寸的脊状结构，改变边界层湍流结构，大大降低流体阻力，实现减阻。根据脊状结构的分布规律与流体速度方向的不同，又分为随行波表面减阻和沟槽表面减阻。 随行波表面减阻（垂直流向）。受沙漠里被风吹过后沙丘形状的启发，自19世纪70年代不断有学者开始探索随行波理论及随行波减阻的可行性。该技术把物面沿流动方向加工成波纹状(即壁面上相互平行的沟纹结构与来流方向垂直)，波纹状表面使得在一定的流动条件下，在波谷处能够产生二次流动(涡流)。具有特定参数的随行波可使波谷处的二次流动稳定下来，使自由来流不与刚性物面直接接触而只与二次流动接触，就像在来流与物体表面间夹着一排滚柱，起到类似“滚动轴承”的作用，使流体与物体表面的滑动摩擦变成滚动摩擦，从而达到减阻的目的。 沟槽表面减阻。受鲨鱼表皮上顺流向沟槽结构的启示，自上世纪70年代起以NASA为代表的众多科研机构开始研究在航行体壁面形成与流动方向平行的沟槽结构对湍流阻力的影响，并通过大量的理论和试验研究多次证实沟槽结构具有最大约8%的减阻效果，并先后提出了基于湍流相关结构模型的“第二涡群”论和基于流体黏性理论的“突出高度”论等沟槽减阻机理。 外形优化减阻技术是通过对航行体外形设计，增加顺压梯度部分(加速流段）的长度，使壁面边界层尽可能长的保持为层流状态，即延长层流段的长度来实现减阻的。近年来，荷兰、日本、美国等进行了相关研究，经过实船检验，提高了船舶在高速时的适航性，大幅减小了阻力。 外形优化减阻高性能船包括动力支撑型、静力支撑型、动/静力混合支撑型。动力支撑型主要是提高航速包括滑行艇、水翼艇、气垫船、地效翼船；静力支撑型主要是改善耐波性，包括的游艇主要有高速双体船、小水线面双体船、穿浪船、深V型船；复合型主要釆用的方式有两排水型和水翼的结合，主要有水翼双体船、水翼三体船；排水型和气垫的结合，主要有双体气垫船。 超空泡减阻技术是通过在航行体表面形成超空泡(即航行体周围被气体包裹)来实现大幅降低航行阻力。目前实现超空泡状态的方式主要包括自然超空泡和通气超空泡。苏联、美国、德国等国家开展了大量相关的研究工作，其中苏联研制成功的暴风号水下火箭(速度高达90m/s-100m/s)是目前已知的唯一定型并装备部队的超空泡武器。 超空泡水面航行器。2011年8月，美国朱丽叶舰船系统公司得到美国海军和专利局的解密许可，公开了世界上第一艘超空泡技术水面试验艇“幽灵”号。它航行时在艇体湿表面和水之间形成一层气泡膜，使摩擦阻力降低到与水完全接触时的九百分之一，验证了在小型舰艇上应用超空泡技术的可行性。 超空泡水下航行器。美国国防先期研究计划局正在同诺斯罗普·格鲁曼公司开展“水下快车”（又称“超高速水下运载器”或“超空泡潜艇”）项目的研究，旨在使用建模、仿真、试验和测试等方法，研究与超空泡相关的物理现象，并将其应用在水下装备上，将最终完成一个用于海上演示验证的无人装置，该装置可以在全部湿式环境下进行超空泡行动和自主机动，预计能够达到时速100节。 疏水/超疏水涂层减阻技术是源于1990年研究人员对荷叶大量具有自清洁功能的植物体表研究，研究结果表明荷叶的特殊功能源于这类植物表面覆有的特殊蜡质层的非光滑凸起作用。疏水/超疏水涂层减阻技术是在此基础上一种新兴的减阻技术，并迅速成为全球的研究热点，主要走集中在理论和基础研究方面，近年来各种超疏水涂层层出不穷，但在大规模应用方面尚未成气候。 其中，美国橡树岭国家重点实验室更是其中的佼佼者。近十年来他们获得了能源部和国防部的资助，一直致力于基于超疏水表面的自清洁纳米涂层的研究，并已拥有多项专利。2015年美国橡树岭国家实验室的研究人员通过一体化设计开发的这种新型多功能玻璃涂层，接触角达到155°-165°，能同时满足减反射、超疏水、环境稳定性以及自清洁功能。 |
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