仿鯊魚皮的減阻機(jī)翼的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種仿鯊魚皮的減阻機(jī)翼。
【背景技術(shù)】
[0002]在自然界中充滿著各種各樣的生物，他們本身所具有的結(jié)構(gòu)、材料和表面的特性，能夠被開發(fā)用作商業(yè)用途。生體模仿學(xué)，顧名思義，即研究自然界中植物和動物的特性然后做出靈感設(shè)計(jì)。通過研究和理解這些自然現(xiàn)象的機(jī)理，我們有可能復(fù)制這些現(xiàn)象用于我們的需求。模仿快速游行的鯊魚身上生長著沿著流動方向的似肋條結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)被認(rèn)為是用于減少在混亂的流場中的摩擦阻力。將在鯊魚肋條結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)之上復(fù)制和改進(jìn)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究和應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)最大能提供接近百分之十的減阻率。
[0003]實(shí)際上流體流過物體表面時(shí)，表面層會產(chǎn)生渦流，渦流和表面作用還有相鄰的渦流作用會使表面附近的渦流迅速向外射出，這時(shí)它們會和外層的渦流糾纏扭曲在一起，使它的瞬時(shí)速度變大。渦流迅速向外層射出轉(zhuǎn)變和和外層的混亂的流動是動量交換的形式，也構(gòu)成了影響流體阻力的主要因素。減少這種渦流的外射是減阻的關(guān)鍵因素，根據(jù)這個(gè)原理提出的減阻技術(shù)成功的可能性是相當(dāng)大的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是為了解決飛機(jī)表面渦流構(gòu)成飛行阻力的問題，而提出一種仿鯊魚皮的減阻機(jī)翼。
[0005]仿鯊魚皮的減阻機(jī)翼，其組成包括:分別安裝在機(jī)身兩側(cè)的機(jī)翼，在機(jī)身表面安裝一組速度傳感器，在每個(gè)機(jī)翼的表面附著蒙皮層，蒙皮層表面具有一組弧形的凸起肋條，相鄰兩根凸起肋條之間形成凹槽;且凸起肋條是纏繞在機(jī)翼表面的，每根凸起肋條的橫截面呈橢圓形或圓形，每根凸起肋條橫截面的面積約為245-628mm2，相鄰兩根凸起肋條橫截面所在橢圓形或圓形的中點(diǎn)之間的距離為25-40mm ；
[0006]其中，蒙皮層由形狀記憶聚合物基體和形狀記憶聚合物基體內(nèi)部設(shè)置的彈性纖維體。
[0007]仿鯊魚皮的減阻機(jī)翼的減阻方法，所述仿鯊魚皮的減阻機(jī)翼的減阻方法通過以下步驟實(shí)現(xiàn)，
[0008]步驟一、將彈性纖維卷成螺旋狀放在形狀記憶聚合物基體中，形成彈性纖維增強(qiáng)形狀記憶聚合物復(fù)合材料，對彈性纖維增強(qiáng)形狀記憶聚合物復(fù)合材料加熱，使其溫度升高，并施加外力將形狀記憶聚合物基體拉長，此時(shí)在彈性纖維增強(qiáng)形狀記憶聚合物復(fù)合材料表面形成具有凸起肋條與凹槽相間排列的仿鯊魚皮肋條結(jié)構(gòu)；
[0009]步驟二、降低步驟一獲得的彈性纖維增強(qiáng)形狀記憶聚合物復(fù)合材料的溫度，使形狀記憶聚合物基體產(chǎn)生恢復(fù)原狀的回復(fù)力，并最終恢復(fù)原狀，即制成了仿鯊魚皮肋條結(jié)構(gòu)的蒙皮層；
[0010]步驟三、將步驟二制成的蒙皮層鋪設(shè)在飛機(jī)機(jī)翼的變后緣機(jī)翼或者變弦度機(jī)翼的表面；
[0011]步驟四、飛行過程中，蒙皮層通過安裝在機(jī)身表面的速度傳感器測量周圍流場情況，以判斷是否需要改變蒙皮層的表面結(jié)構(gòu)而產(chǎn)生凸起肋條和凹槽:
[0012]若速度傳感器測得飛機(jī)飛行速度在500-1000km/h，即判斷為需要改變蒙皮層的表面結(jié)構(gòu)，則加熱蒙皮層使其升溫，借助變后緣機(jī)翼或者變弦度機(jī)翼的拉伸力，產(chǎn)生仿鯊魚皮肋條結(jié)構(gòu)；
[0013]否則，無需改變改變蒙皮層的表面結(jié)構(gòu)。
[0014]本發(fā)明的有益效果為:
[0015]本發(fā)明是在飛機(jī)的飛行過程中使局部機(jī)翼產(chǎn)生一些類似鯊魚肋條結(jié)構(gòu)，通過仿鯊魚皮肋條結(jié)構(gòu)，改變飛機(jī)周圍的流場的特性，從而減少飛機(jī)飛行所受阻力。且所用蒙皮層即為仿鯊魚皮肋條結(jié)構(gòu)蒙皮，是由彈性纖維增強(qiáng)形狀記憶聚合物復(fù)合材料制成，形狀記憶聚合物復(fù)合材料由形狀記憶聚合物材料和彈性纖維組成。所用的彈性纖維增強(qiáng)形狀記憶聚合物復(fù)合材料的可回復(fù)應(yīng)變達(dá)到了 10%以上，具有較大的可回復(fù)應(yīng)變，再回復(fù)時(shí)又能夠輸出較大的外力。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2為本發(fā)明涉及的表面形成具有凸起肋條5與凹槽6相間排列的仿鯊魚皮肋條結(jié)構(gòu)的蒙皮層；
[0018]圖3為本發(fā)明涉及的蒙皮層的恢復(fù)原狀時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖；
【具體實(shí)施方式】
[0019]【具體實(shí)施方式】一:
[0020]本實(shí)施方式的仿鯊魚皮的減阻機(jī)翼，結(jié)合圖1所示，其組成包括:分別安裝在機(jī)身I兩側(cè)的機(jī)翼2，在機(jī)身I表面安裝一組速度傳感器3，在每個(gè)機(jī)翼2的表面附著蒙皮層4，蒙皮層4表面具有一組弧形的凸起肋條5，相鄰兩根凸起肋條5之間形成凹槽6;且凸起肋條5是纏繞在機(jī)翼2表面的，每根凸起肋條5的橫截面呈橢圓形或圓形，每根凸起肋條5橫截面的面積約為245-628mm2，相鄰兩根凸起肋條5橫截面所在橢圓形或圓形的中點(diǎn)之間的距離為25-40mm；
[0021]其中，蒙皮層4由形狀記憶聚合物基體7和形狀記憶聚合物基體7內(nèi)部設(shè)置的彈性纖維體8。
[0022]【具體實(shí)施方式】二:
[0023]與【具體實(shí)施方式】一不同的是，本實(shí)施方式的仿鯊魚皮的減阻機(jī)翼，每根凸起肋條5形成的弧所在平面與機(jī)身I的中軸線之間的夾角為20-80°。
[0024]【具體實(shí)施方式】三:
[0025]與【具體實(shí)施方式】一或二不同的是，本實(shí)施方式的仿鯊魚皮的減阻機(jī)翼，形狀記憶聚合物基體7內(nèi)部設(shè)置的彈性纖維體8為螺旋形絲狀。
[0026]【具體實(shí)施方式】四:
[0027]與【具體實(shí)施方式】三不同的是，本實(shí)施方式的仿鯊魚皮的減阻機(jī)翼，所述機(jī)翼2為變后緣機(jī)翼或者變弦度機(jī)翼。
[0028]【具體實(shí)施方式】五:
[0029]與【具體實(shí)施方式】一、二或四不同的是，本實(shí)施方式的仿鯊魚皮的減阻機(jī)翼，形狀記憶聚合物基體7采用形狀記憶聚合物材料制作，具有在溫度高時(shí)易變形、溫度低時(shí)自動恢復(fù)原狀的特性。
[0030]【具體實(shí)施方式】六:
[0031 ]本實(shí)施方式的仿鯊魚皮的減阻機(jī)翼的減阻方法，所述仿鯊魚皮的減阻機(jī)翼的減阻方法通過以下步驟實(shí)現(xiàn)，
[0032]步驟一、將彈性纖維8卷成螺旋狀放在形狀記憶聚合物基體7中，形成彈性纖維增強(qiáng)形狀記憶聚合物復(fù)合材料(smp)，對彈性纖維增強(qiáng)形狀記憶聚合物復(fù)合材料(smp)加熱，使其溫度升高，并施加外力將形狀記憶聚合物基體7拉長，如圖3所示，此時(shí)在彈性纖維增強(qiáng)形狀記憶聚合物復(fù)合材料(smp)表面形成具有凸起肋條5與凹槽6相間排列的仿鯊魚皮肋條結(jié)構(gòu)；
[0033]步驟二、降低步驟一獲得的彈性纖維增強(qiáng)形狀記憶聚合物復(fù)合材料(smp)的溫度，使形狀記憶聚合物基體產(chǎn)生恢復(fù)原狀的回復(fù)力，并最終恢復(fù)原狀，如圖2所示，即制成了仿鯊魚皮肋條結(jié)構(gòu)的蒙皮層4;以此通過仿鯊魚皮肋骨結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)減阻特性，以減少飛機(jī)飛行過程中的阻力。
[0034]步驟三、將步驟二制成的蒙皮層4鋪設(shè)在飛機(jī)機(jī)翼2的變后緣機(jī)翼或者變弦度機(jī)翼的表面；
[0035]步驟四、飛行過程中，蒙皮層4通過安裝在機(jī)身I表面的速度傳感器3測量周圍流場情況，以判斷是否需要改變蒙皮層4的表面結(jié)構(gòu)而產(chǎn)生凸起肋條5和凹槽6:
[0036]若速度傳感器3測得飛機(jī)飛行速度在500_1000km/h，即判斷為需要改變蒙皮層4的表面結(jié)構(gòu)，則加熱蒙皮層4使其升溫，借助變后緣機(jī)翼或者變弦度機(jī)翼的拉伸力，產(chǎn)生仿鯊魚皮肋條結(jié)構(gòu)；
[0037]否則，無需改變改變蒙皮層4的表面結(jié)構(gòu)。
[0038]本發(fā)明還可有其它多種實(shí)施例，在不背離本發(fā)明精神及其實(shí)質(zhì)的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員當(dāng)可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應(yīng)的改變和變形，但這些相應(yīng)的改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.仿鯊魚皮的減阻機(jī)翼，其組成包括:分別安裝在機(jī)身(I)兩側(cè)的機(jī)翼(2)，其特征在于:在機(jī)身(I)表面安裝一組速度傳感器(3)，在每個(gè)機(jī)翼(2)的表面附著蒙皮層(4)，蒙皮層(4)表面具有一組弧形的凸起肋條(5)，相鄰兩根凸起肋條(5)之間形成凹槽(6);且凸起肋條(5)是纏繞在機(jī)翼(2)表面的，每根凸起肋條(5)的橫截面呈橢圓形或圓形，每根凸起肋條(5)橫截面的面積約為245-628mm2，相鄰兩根凸起肋條(5)橫截面所在橢圓形或圓形的中點(diǎn)之間的距離為2 5-40mm; 其中，蒙皮層(4)由形狀記憶聚合物基體(7)和形狀記憶聚合物基體(7)內(nèi)部設(shè)置的彈性纖維體(8)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述仿鯊魚皮的減阻機(jī)翼，其特征在于:每根凸起肋條(5)形成的弧所在平面與機(jī)身(I)的中軸線之間的夾角為20-80°。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述仿鯊魚皮的減阻機(jī)翼，其特征在于:形狀記憶聚合物基體(7)內(nèi)部設(shè)置的彈性纖維體(8)為螺旋形絲狀。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述仿鯊魚皮的減阻機(jī)翼，其特征在于:所述機(jī)翼(2)為變后緣機(jī)翼或者變弦度機(jī)翼。5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或4所述仿鯊魚皮的減阻機(jī)翼，其特征在于:形狀記憶聚合物基體(7)采用形狀記憶聚合物材料制作，具有在溫度高時(shí)易變形、溫度低時(shí)自動恢復(fù)原狀的特性。6.上述任一權(quán)利要求所述的仿鯊魚皮的減阻機(jī)翼的減阻方法，其特征在于:所述仿鯊魚皮的減阻機(jī)翼的減阻方法通過以下步驟實(shí)現(xiàn)， 步驟一、將彈性纖維(8)卷成螺旋狀放在形狀記憶聚合物基體(7)中，形成彈性纖維增強(qiáng)形狀記憶聚合物復(fù)合材料，對彈性纖維增強(qiáng)形狀記憶聚合物復(fù)合材料加熱，使其溫度升高，并施加外力將形狀記憶聚合物基體(7)拉長，此時(shí)在彈性纖維增強(qiáng)形狀記憶聚合物復(fù)合材料表面形成具有凸起肋條(5)與凹槽(6)相間排列的仿鯊魚皮肋條結(jié)構(gòu)； 步驟二、降低步驟一獲得的彈性纖維增強(qiáng)形狀記憶聚合物復(fù)合材料的溫度，使形狀記憶聚合物基體產(chǎn)生恢復(fù)原狀的回復(fù)力，并最終恢復(fù)原狀，即制成了仿鯊魚皮肋條結(jié)構(gòu)的蒙皮層(4); 步驟三、將步驟二制成的蒙皮層(4)鋪設(shè)在飛機(jī)機(jī)翼(2)的變后緣機(jī)翼或者變弦度機(jī)翼的表面； 步驟四、飛行過程中，蒙皮層(4)通過安裝在機(jī)身(I)表面的速度傳感器(3)測量周圍流場情況，以判斷是否需要改變蒙皮層(4)的表面結(jié)構(gòu)而產(chǎn)生凸起肋條(5)和凹槽(6): 若速度傳感器(3)測得飛機(jī)飛行速度在500-1000km/h，即判斷為需要改變蒙皮層(4)的表面結(jié)構(gòu)，則加熱蒙皮層(4)使其升溫，借助變后緣機(jī)翼或者變弦度機(jī)翼的拉伸力，產(chǎn)生仿鯊魚皮肋條結(jié)構(gòu)； 否則，無需改變改變蒙皮層(4)的表面結(jié)構(gòu)。
【專利摘要】仿鯊魚皮的減阻機(jī)翼，屬于減阻機(jī)翼領(lǐng)域。為了解決飛機(jī)表面渦流構(gòu)成飛行阻力的問題。仿鯊魚皮的減阻機(jī)翼，機(jī)身(1)表面安裝速度傳感器(3)，在機(jī)翼(2)表面附著蒙皮層(4)，蒙皮層(4)表面具有一組弧形的凸起肋條(5)，相鄰兩根凸起肋條(5)之間形成凹槽(6)。仿鯊魚皮的減阻機(jī)翼的減阻方法，若速度傳感器(3)測得的阻力過大，則加熱蒙皮層(4)使其升溫，借助變后緣機(jī)翼或者變弦度機(jī)翼的拉伸力，形成仿鯊魚皮肋條結(jié)構(gòu)。本發(fā)明通過仿鯊魚皮肋條結(jié)構(gòu)，改變飛機(jī)周圍的流場的特性，從而減少飛機(jī)飛行所受阻力。
【IPC分類】B64C3/26, B64C3/36, B64C3/18
【公開號】CN105644770
【申請?zhí)枴?br>【發(fā)明人】孫健, 曹鵬宇, 劉彥菊, 冷勁松
【申請人】哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【公開日】2016年6月8日
【申請日】2015年12月30日