一种基于梯度润湿性多孔介质的被动式防沉结构及船舶

本发明涉及船舶防沉，具体涉及一种基于梯度润湿性多孔介质的被动式防沉结构及船舶。

背景技术：

1、船舶在航行或停泊过程中，因碰撞、触礁、船体老化开裂等原因导致船体破损进水是船舶沉没的主要原因。

2、现有的船舶防沉技术主要包括密封舱隔离、遇水膨胀材料堵漏和主动排水泵抽排等方案。密封舱方案虽然能够在一定程度上隔离进水，但无法将已进入舱内的积水排出，当进水速度超过密封舱的容纳能力时，船舶仍会因重量增加而沉没。而遇水膨胀材料仅能被动封堵破损点，无法处理已进入船体内的水体，且膨胀过程不可逆，为一次性防护。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术中的缺点与不足，提供一种基于梯度润湿性多孔介质的被动式防沉结构及船舶。

2、本发明的一个实施例提供一种基于梯度润湿性多孔介质的被动式防沉结构，应用于船壳，包括：梯度润湿性多孔介质芯层；所述梯度润湿性多孔介质芯层内设置有多个第一微孔；所述梯度润湿性多孔介质芯层沿其厚度方向依次划分为疏水区、平滑过渡区和亲水区，所述疏水区的水接触角大于所述亲水区的水接触角，所述平滑过渡区的水接触角从所述疏水区向所述亲水区的方向逐渐减小，从而形成润湿性梯度；当水体从所述疏水区进入并向所述亲水区渗透时，在所述润湿性梯度的作用下产生从所述亲水区指向所述疏水区的毛细反向压力，以将进入的水体反向排出和/或锁定于所述芯层内。

3、在一些可选的实施方式中，所述疏水区内的第一微孔的孔径小于所述亲水区内的第一微孔的孔径，所述平滑过渡区内的第一微孔的孔径在从所述疏水区向所述亲水区的方向逐渐增大。

4、在一些可选的实施方式中，所述疏水区的水接触角不小于140°；所述亲水区的水接触角不大于50°；所述平滑过渡区的水接触角小于所述疏水区的水接触角，并且所述平滑过渡区的水接触角大于所述亲水区的水接触角。

5、在一些可选的实施方式中，所述疏水区内的第一微孔的孔径为10μm～50μm；所述亲水区内的第一微孔的孔径为100μm～500μm；所述平滑过渡区内的第一微孔的孔径大于所述疏水区内的第一微孔的孔径，并且所述平滑过渡区内的第一微孔的孔径小于所述亲水区内的第一微孔的孔径。

6、在一些可选的实施方式中，所述梯度润湿性多孔介质芯层内分布有多个微胶囊发泡粒子，所述微胶囊发泡粒子配置为在接触水体时释放发泡气体。

7、本发明的一个实施例还提供一种船舶，包括：船壳以及若干如上所述的基于梯度润湿性多孔介质的被动式防沉结构，所述船壳包括外层船壳板和内层隔板，所述外层船壳板与所述内层隔板之间形成壳体夹层，所述梯度润湿性多孔介质芯层填充于所述壳体夹层中，所述疏水区朝向所述外层船壳板，所述亲水区朝向所述内层隔板。

8、在一些可选的实施方式中，所述外层船壳板上开设有阵列布置的第二微孔，所述第二微孔的直径配置为使所述第二微孔在所述船壳的浸没深度不超过预设深度时因液体表面张力而保持密封，并且在所述船壳的浸没深度超过所述预设深度时允许水体进入所述壳体夹层。

9、在一些可选的实施方式中，所述第二微孔的直径为0.1mm～0.5mm，相邻所述第二微孔的孔间距为5mm～10mm，多个所述第二微孔在所述外层船壳板的外表面上孔口的总面积不超过所述外层船壳板的外表面总面积的5%。

10、在一些可选的实施方式中，所述内层隔板上设置有单向阀结构，所述单向阀被配置为仅允许流体从所述壳体夹层向所述内层隔板远离所述壳体夹层的一侧单向流动。

11、在一些可选的实施方式中，所述壳体夹层处于所述船壳的船舷下方，多个所述梯度润湿性多孔介质芯层连续排列布置在所述壳体夹层内。

12、相对于现有技术，本发明的基于梯度润湿性多孔介质的被动式防沉结构通过梯度润湿性多孔介质芯层沿厚度方向依次设置的疏水区、平滑过渡区和亲水区，形成从疏水到亲水的润湿性梯度。当水体从疏水区进入并向亲水区渗透时，在润湿性梯度的作用下产生从亲水区指向疏水区的毛细反向压力，将进入的水体反向排出和/或锁定于芯层内。该结构不依赖任何外部能源，在外层船壳板破损或船壳的浸没深度超过预设深度时能够实现零能耗被动式自排涝。同时，防沉功能集成于船体夹层中，不占用船舱有效使用空间，无运动部件和电气元件，可靠性极高，维护成本低。

13、为了能更清晰的理解本发明，以下将结合附图说明阐述本发明的具体实施方式。

1.一种基于梯度润湿性多孔介质的被动式防沉结构，应用于船壳，其特征在于，包括：梯度润湿性多孔介质芯层；

2.根据权利要求1所述的基于梯度润湿性多孔介质的被动式防沉结构，其特征在于：所述疏水区内的第一微孔的孔径小于所述亲水区内的第一微孔的孔径，所述平滑过渡区内的第一微孔的孔径在从所述疏水区向所述亲水区的方向逐渐增大。

3.根据权利要求1所述的基于梯度润湿性多孔介质的被动式防沉结构，其特征在于：

4.根据权利要求1所述的基于梯度润湿性多孔介质的被动式防沉结构，其特征在于：

5.根据权利要求1至4中任一项所述的基于梯度润湿性多孔介质的被动式防沉结构，其特征在于：

6.一种船舶，其特征在于，包括：船壳以及若干如权利要求1至5中任一项所述的基于梯度润湿性多孔介质的被动式防沉结构，

7.根据权利要求6所述的船舶，其特征在于：

8.根据权利要求7所述的船舶，其特征在于：

9.根据权利要求6所述的船舶，其特征在于：

10.根据权利要求6至9任一项所述的船舶，其特征在于，包括多个所述基于梯度润湿性多孔介质的被动式防沉结构：