基于激光微纳制造的减风阻结构表面制备研究
伴随着全球能源的大量消耗，节能减摩引起了人们的广泛关注。仿生减阻技术在航空航天领域有着巨大的应用价值，减阻研究一直是当前比较热点的研究内容，减阻机理也一直被国内外学者不断探索。在航空航天领域，减小气流带来的阻力可以更有效地降低能源耗散，提高能源利用率，低碳环保等，具有诸多优点。仿生学与精密加工技术的结合已在减阻领域开辟了重要的研究方向，并且已经有了重大的突破。本文根据仿生学原理，将仿生鲨鱼皮复合微纳减风阻结构应用于曲面头锥减阻。以仿生非光滑理论为基础，从结构尺寸、排布方式、计算流体力学(ComputationalFluidDynamics，CFD)仿真模拟、激光微纳制造实验研究和风洞测试等五方面，进行了减风阻结构表面制备的研究。 基于仿生减阻的机理，本文从鲨鱼皮表面的结构特征出发，量化分析了其体表单元尺寸、周期等相关参数以及相互之间的排布规律对减阻效果的影响，通过作图软件UG简化并设计出鲨鱼皮鳞片的结构，构建鲨鱼皮模型，并将模型应用到大气传感器的曲面头锥表面。继而对曲面头锥在流场域中的吹风实验进行了大量的CFD仿真，并对减阻效果进行评估，通过不断对仿生微纳减风阻结构的尺寸以及排布位置进行微调，最终优化了减阻效果。 为更好实现降低风阻效果并应用于实际，通过CFD仿真结合激光微纳制造技术，在曲面头锥表面(半球头状，直径为7cm)制造仿生鲨鱼皮复合微纳结构，即在仿生鲨鱼皮鳞片结构的基础上，通过激光干涉扫描二级微沟槽结构，实现减阻性能的叠加。通过对减阻的理论研究，阐述了微结构对流场域中边界层的影响规律，揭示了仿生复合结构表面的减阻机理。对比分析仿真模拟与风洞实验的结果，并反复优化微结构的尺寸参数，得到了最优的设计加工方案，仿真结果与风洞测试数据一致，最终完成复合结构的微纳制造。风洞测试结果显示，曲面头锥减阻率最高可达10.3%。
仿生鲨鱼皮;减风阻结构;激光微纳制造;减阻性能
长春理工大学
硕士
电子科学与技术
王作斌;李理
2022
中文
TB39
2023-02-17（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）