[发明专利]一种仿生减阻降噪薄膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种仿生减阻降噪薄膜的制备方法，属于材料工程技术领域。

背景技术

摩擦阻力是阻碍飞行器提高航程和巡航速度，造成噪声和壁面热损伤的主要原因之一,来源于固/气界面间强烈的剪切作用。对于各类型高速飞行器而言，摩擦阻力是飞行器气动力的主要组成，也是导致能量消耗的主要原因；若能显著降低摩擦阻力的大小，对节约能源和改善飞行器综合性能指标具有重要意义。固/气界面是飞行器壁面和空气分界处极薄的一个区域，其特点是沿壁面法向速度梯度非常大，由此产生强烈的剪切作用，是摩擦阻力产生的主要原因。通过壁面结构，改变固/气界面流动特性，减弱剪切作用，可实现摩擦阻力、噪声的降低以及减弱壁面热损伤程度。对飞行器壁面进行直接加工、涂层和薄膜是常采用的改变飞行器壁面结构的方式，其中受飞行器形状所限直接机械加工具有效率低下、工程适用性差的缺陷；通过涂层则控制精度较低。因此，发明出高精度、形貌可控、高效及工程适用性良好的薄膜可有效的克服上述缺陷，具有较佳的减阻降噪作用。然而，目前可知的沟槽薄膜往往具有生产效率低下、减阻降噪效果不显著的缺点；随着飞行器不断向高速、大距离方向发展，对沟槽薄膜提出了更高的要求。

鸟类羽毛在长期进化过程中，形成了具有显著特异的表面结构；其中，羽毛由羽轴和羽片组成；组成羽片的羽小枝互相钩连，形成均匀且平行分布的沟槽结构。在进化过程中，羽毛表面沟槽结构是朝着减小鸟类飞行阻力的方向发展；不同鸟类的飞行速度不同，由此形成的沟槽形态亦随之有一定的变化。羽毛表面的这种沟槽结构，为减阻降噪薄膜提供了设计依据，具有重大的意义。

对于沟槽薄膜的制备，目前普遍存在减阻降噪效果不明显的问题，这与薄膜表面沟槽形状和大小尺度关系密切。现有沟槽薄膜大多是在较低速度下，有一定的减阻降噪效果；对于亚音速和超音速环境下，尚未发现显著降低阻力和噪声的技术和发明。

发明内容

本发明的目的是提出一种仿生减阻降噪薄膜的制备方法，以提高减阻降噪材料的性能，而且便于制备，有利于工程上的广泛应用。

本发明提出的仿生减阻降噪薄膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)在覆膜机的主动轮的表面加工出三角形沟槽，三角形沟槽的顶角α为30～90°，三角形的高度H为20微米～120微米，相邻两个沟槽之间的距离L为70微米～420微米；

(2)在覆膜机的被动轮上铺设聚氯乙烯薄膜基材；

(3)使覆膜机的主动轮升温至70℃～100℃，使主动轮与被动轮相互对压，主动轮的转速为2转/分钟～4转/分钟，对被动轮施加的压力为800Pa～1500Pa；

(4)对主动轮卸载，冷却后得到仿生减阻降噪薄膜。

本发明制备的仿生减阻降噪薄膜表面的三角形沟槽的顶角β为60～120°，三角形的高度D为10微米～60微米，相邻两个沟槽之间的距离S为70微米～420微米。

本发明提出仿生减阻降噪薄膜的制备方法，制备工艺简单可控，易于制备减阻降噪良好的薄膜材料，而且薄膜材料表面的结构精度可以根据工程需要精确控制。本发明制备方法所用的设备简单，因此大大降低了薄膜材料的制备成本和设备维护成本。

附图说明

图1是本发明制备方法中所用的主动轮表面的沟槽示意图。

图2是本发明方法制备的仿生减阻降噪薄膜表面的三角形沟槽示意图。

具体实施方式

本发明提出的仿生减阻降噪薄膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)在覆膜机的主动轮的表面加工出三角形沟槽，如图1所示，三角形沟槽的顶角α为30～90°，三角形的高度H为20微米～120微米，相邻两个沟槽之间的距离L为70微米～420微米；

(2)在覆膜机的被动轮上铺设聚氯乙烯薄膜基材；

(3)使覆膜机的主动轮升温至70℃～100℃，使主动轮与被动轮相互对压，主动轮的转速为2转/分钟～4转/分钟，对被动轮施加的压力为800Pa～1500Pa；

(4)对主动轮卸载，冷却后得到仿生减阻降噪薄膜，其结构如图2所示。

本发明制备的仿生减阻降噪薄膜表面的三角形沟槽的顶角β为60～120°，三角形的高度D为10微米～60微米，相邻两个沟槽之间的距离S为70微米～420微米。