專利名稱：一種仿生減阻降噪薄膜的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種仿生減阻降噪薄膜的制備方法，屬于材料工程技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
摩擦阻力是阻礙飛行器提高航程和巡航速度，造成噪聲和壁面熱損傷的主要原因之一，來源于固/氣界面間強(qiáng)烈的剪切作用。對(duì)于各類型高速飛行器而言，摩擦阻力是飛行器氣動(dòng)力的主要組成，也是導(dǎo)致能量消耗的主要原 因；若能顯著降低摩擦阻力的大小，對(duì)節(jié)約能源和改善飛行器綜合性能指標(biāo)具有重要意義。固/氣界面是飛行器壁面和空氣分界處極薄的一個(gè)區(qū)域，其特點(diǎn)是沿壁面法向速度梯度非常大，由此產(chǎn)生強(qiáng)烈的剪切作用，是摩擦阻力產(chǎn)生的主要原因。通過壁面結(jié)構(gòu)，改變固/氣界面流動(dòng)特性，減弱剪切作用，可實(shí)現(xiàn)摩擦阻力、噪聲的降低以及減弱壁面熱損傷程度。對(duì)飛行器壁面進(jìn)行直接加工、涂層和薄膜是常采用的改變飛行器壁面結(jié)構(gòu)的方式，其中受飛行器形狀所限直接機(jī)械加工具有效率低下、工程適用性差的缺陷；通過涂層則控制精度較低。因此，發(fā)明出高精度、形貌可控、高效及工程適用性良好的薄膜可有效的克服上述缺陷，具有較佳的減阻降噪作用。然而，目前可知的溝槽薄膜往往具有生產(chǎn)效率低下、減阻降噪效果不顯著的缺點(diǎn)；隨著飛行器不斷向高速、大距離方向發(fā)展，對(duì)溝槽薄膜提出了更高的要求。鳥類羽毛在長(zhǎng)期進(jìn)化過程中，形成了具有顯著特異的表面結(jié)構(gòu)；其中，羽毛由羽軸和羽片組成；組成羽片的羽小枝互相鉤連，形成均勻且平行分布的溝槽結(jié)構(gòu)。在進(jìn)化過程中，羽毛表面溝槽結(jié)構(gòu)是朝著減小鳥類飛行阻力的方向發(fā)展；不同鳥類的飛行速度不同，由此形成的溝槽形態(tài)亦隨之有一定的變化。羽毛表面的這種溝槽結(jié)構(gòu)，為減阻降噪薄膜提供了設(shè)計(jì)依據(jù)，具有重大的意義。對(duì)于溝槽薄膜的制備，目前普遍存在減阻降噪效果不明顯的問題，這與薄膜表面溝槽形狀和大小尺度關(guān)系密切?，F(xiàn)有溝槽薄膜大多是在較低速度下，有一定的減阻降噪效果；對(duì)于亞音速和超音速環(huán)境下，尚未發(fā)現(xiàn)顯著降低阻力和噪聲的技術(shù)和發(fā)明。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種仿生減阻降噪薄膜的制備方法，以提高減阻降噪材料的性能，而且便于制備，有利于工程上的廣泛應(yīng)用。本發(fā)明提出的仿生減阻降噪薄膜的制備方法，包括以下步驟(I)在覆膜機(jī)的主動(dòng)輪的表面加工出三角形溝槽，三角形溝槽的頂角α為30 90°，三角形的高度H為20微米 120微米，相鄰兩個(gè)溝槽之間的距離L為70微米 420微米；(2)在覆膜機(jī)的被動(dòng)輪上鋪設(shè)聚氯乙烯薄膜基材；(3)使覆膜機(jī)的主動(dòng)輪升溫至70°C 100°C，使主動(dòng)輪與被動(dòng)輪相互對(duì)壓，主動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速為2轉(zhuǎn)/分鐘 4轉(zhuǎn)/分鐘，對(duì)被動(dòng)輪施加的壓力為800Pa 1500Pa ；(4)對(duì)主動(dòng)輪卸載，冷卻后得到仿生減阻降噪薄膜。
本發(fā)明制備的仿生減阻降噪薄膜表面的三角形溝槽的頂角β為60 120°，三角形的高度D為10微米 60微米，相鄰兩個(gè)溝槽之間的距離S為70微米 420微米。本發(fā)明提出仿生減阻降噪薄膜的制備方法，制備工藝簡(jiǎn)單可控，易于制備減阻降噪良好的薄膜材料，而且薄膜材料表面的結(jié)構(gòu)精度可以根據(jù)工程需要精確控制。本發(fā)明制備方法所用的設(shè)備簡(jiǎn)單，因此大大降低了薄膜材料的制備成本和設(shè)備維護(hù)成本。


圖I是本發(fā)明制備方法中所用的主動(dòng)輪表面的溝槽示意圖。圖2是本發(fā)明方法制備的仿生減阻降噪薄膜表面的三角形溝槽示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提出的仿生減阻降噪薄膜的制備方法，包括以下步驟 (I)在覆膜機(jī)的主動(dòng)輪的表面加工出三角形溝槽，如圖I所示，三角形溝槽的頂角α為30 90°，三角形的高度H為20微米 120微米，相鄰兩個(gè)溝槽之間的距離L為70微米 420微米；(2)在覆膜機(jī)的被動(dòng)輪上鋪設(shè)聚氯乙烯薄膜基材；(3)使覆膜機(jī)的主動(dòng)輪升溫至70°C 100°C，使主動(dòng)輪與被動(dòng)輪相互對(duì)壓，主動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速為2轉(zhuǎn)/分鐘 4轉(zhuǎn)/分鐘，對(duì)被動(dòng)輪施加的壓力為800Pa 1500Pa ；(4)對(duì)主動(dòng)輪卸載，冷卻后得到仿生減阻降噪薄膜，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。本發(fā)明制備的仿生減阻降噪薄膜表面的三角形溝槽的頂角β為60 120°，三角形的高度D為10微米 60微米，相鄰兩個(gè)溝槽之間的距離S為70微米 420微米。本發(fā)明提出的仿生減阻降噪薄膜的制備方法，在覆膜機(jī)的被動(dòng)輪上形成的仿生減阻降噪薄膜，在壓制過程中發(fā)生彈性變形，在壓制結(jié)束溫度下降的過程中，彈性變形恢復(fù)，因此最后得到的仿生減阻降噪薄膜，其表面的溝槽參數(shù)與主動(dòng)輪表面的溝槽結(jié)構(gòu)不相同，主要是溝槽的深度，會(huì)縮小一半，由此使三角形溝槽的頂角和深度發(fā)生變化。因此在制備過程中，必須根據(jù)最終要求的仿生減阻降噪薄膜的尺寸，設(shè)計(jì)主動(dòng)輪是三角形溝槽的尺寸。以下介紹本發(fā)明方法的實(shí)施例實(shí)施例一(I)在覆膜機(jī)的被動(dòng)輪的表面加工出三角形溝槽，三角形溝槽的頂角α為30°，三角形的高度H為20微米，相鄰兩個(gè)溝槽之間的距離L為70微米；(2)在覆膜機(jī)的被動(dòng)輪上鋪設(shè)聚氯乙烯薄膜基材；(3)使主動(dòng)輪升溫至100°C，使主動(dòng)輪與被動(dòng)輪相互對(duì)壓，并對(duì)被動(dòng)輪施加800Pa，使主動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速為4rmp ；(4)對(duì)主動(dòng)輪卸載,冷卻后得到三角形構(gòu)型參量為β =60° , D=IO微米、S=70微米仿生減阻降噪薄膜。實(shí)施例二(I)在覆膜機(jī)的被動(dòng)輪的表面加工出三角形溝槽，三角形溝槽的頂角α為60°，三角形的高度H為70微米，相鄰兩個(gè)溝槽之間的距離L為240微米；(2)在覆膜機(jī)的被動(dòng)輪上鋪設(shè)聚氯乙烯薄膜基材；
(3)使主動(dòng)輪升溫至80°C，使主動(dòng)輪與被動(dòng)輪相互對(duì)壓，并對(duì)被動(dòng)輪施加1200Pa，使主動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速為4rmp ；(4)對(duì)主動(dòng)輪卸載，冷卻后得到三角形構(gòu)型參量為β =100°、D=35微米、S=240微米的仿生減阻降噪薄膜。實(shí)施例三(I)在覆膜機(jī)的被動(dòng)輪的表面加工出三角形溝槽，三角形溝槽的頂角α為90°，三角形的高度H為120微米，相鄰兩個(gè)溝槽之間的距離L為420微米；(2)在覆膜機(jī)的被動(dòng)輪上鋪設(shè)聚氯乙烯薄膜基材；(3)使主動(dòng)輪升溫至100°C，使主動(dòng)輪與被動(dòng)輪相互對(duì)壓，并對(duì)被動(dòng)輪施加1500Pa，使主動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速為2rmp ； (4)對(duì)主動(dòng)輪卸載，冷卻后得到三角形溝槽參量為β =120°、D=60微米、S=420微米仿生減阻降噪薄膜。綜上所述，由于采用上述的設(shè)計(jì)理論和制備工藝，本發(fā)明提出了一種仿生減阻降噪薄膜，以簡(jiǎn)單、低廉的制備滿足了各種飛行器降低壁面阻力和噪聲的需求，對(duì)節(jié)約飛行器能耗和提高飛行器航程、航速具有顯著地效果。通過說明和附圖，給出了仿生減阻降噪薄膜的設(shè)計(jì)理論和制備工藝，基于本發(fā)明的精神，還可做其他的轉(zhuǎn)換。盡管本發(fā)明提出了現(xiàn)有較佳的實(shí)施例；然而，這些內(nèi)容并不作為局限。對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)研究人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種仿生減阻降噪薄膜的制備方法，其特征在于該方法包括以下步驟 (1)在覆膜機(jī)的主動(dòng)輪的表面加工出三角形溝槽，三角形溝槽的頂角α為30 90°，三角形的高度H為20微米 120微米，相鄰兩個(gè)溝槽之間的距離L為70微米 420微米； (2)在覆膜機(jī)的被動(dòng)輪上鋪設(shè)聚氯乙烯薄膜基材； (3)使覆膜機(jī)的主動(dòng)輪升溫至70°C 100°C，使主動(dòng)輪與被動(dòng)輪相互對(duì)壓，主動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速為2轉(zhuǎn)/分鐘 4轉(zhuǎn)/分鐘，對(duì)被動(dòng)輪施加的壓力為800Pa 1500Pa ； (4)對(duì)主動(dòng)輪卸載，冷卻后得到仿生減阻降噪薄膜。
2.如權(quán)利要求I所述的制備方法，其特征在于所述的仿生減阻降噪薄膜表面的三角形溝槽的頂角β為60 120°，三角形的高度D為10微米 60微米，相鄰兩個(gè)溝槽之間的距離S為70微米 420微米。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種仿生減阻降噪薄膜的制備方法，屬于材料工程技術(shù)領(lǐng)域。首先在覆膜機(jī)的主動(dòng)輪的表面加工出三角形溝槽，然后在覆膜機(jī)的被動(dòng)輪上鋪設(shè)聚氯乙烯薄膜基材；使覆膜機(jī)的主動(dòng)輪升溫至，再使主動(dòng)輪與被動(dòng)輪相互對(duì)壓，最后對(duì)主動(dòng)輪卸載，冷卻后得到仿生減阻降噪薄膜。本發(fā)明提出仿生減阻降噪薄膜的制備方法，制備工藝簡(jiǎn)單可控，易于制備減阻降噪良好的薄膜材料，而且薄膜材料表面的結(jié)構(gòu)精度可以根據(jù)工程需要精確控制。本發(fā)明制備方法所用的設(shè)備簡(jiǎn)單，因此大大降低了薄膜材料的制備成本和設(shè)備維護(hù)成本。
文檔編號(hào)B32B37/10GK102941728SQ20121047340
公開日2013年2月27日 申請(qǐng)日期2012年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月20日
發(fā)明者封貝貝, 楊星團(tuán), 姜?jiǎng)僖? 陳大融, 汪家道 申請(qǐng)人:清華大學(xué)