专利名称：一种多变环境下仿鲨鱼减阻表面结构调控制造方法
技术领域：
本发明涉及一种多变环境下仿鲨鱼减阻表面结构调控制造方法，更特别地说，是指一种结合生物复制成形技术与变形复制成形方法根据不同应用环境条件制作仿生鲨鱼皮形貌减阻蒙皮的制备方法。属于生物仿生制作领域。
背景技术：
运载工具在行驶过程中，能源动力都用于克服行驶阻力，而对于大部分运载工具而言，表面摩擦阻力一般均占到总阻力的30%以上，对某些运载工具而言摩擦阻力甚至高达总阻力的80%。因此，选用合理的方法克服表面与介质之间的摩擦阻力对于减少能源消耗具有重要意义。通常采用的减阻办法是在运载工具与流体介质相接触的表面贴附具有减阻效果的蒙皮。鲨鱼表面特殊的形貌具有性能优异的减阻效果，模仿鳖鱼皮的减阻机理、制造仿鳖鱼减阻表皮己成为国内外研究的热点。 在现有技术条件下，通常采用在运载工具表面贴敷单一减阻功能形貌的蒙皮起到减阻作用。但存在的问题是，大量实验证明，确定的沟槽尺寸是在一定的流速区间内具有减阻效果，低于或者超过流速区间可能产生增阻效果。但在运载工具行驶过程中，由于外形曲线的特点，表面不同部位存在着流速不同的现象，同时，不同速度下对蒙皮减阻形貌的要求也不相同。因此，仅仅依赖生物原型减阻形貌以及单一减阻形貌均很难满足运载工具复杂多变的环境条件需求。变形调控制备就是依据应用环境条件设计合理的仿生减阻形貌参数，在对鲨鱼皮形貌表面高精度复制的基础上，对减阻形貌进行缩放调整，根据运载工具表面不同区域的速度特点，以变比例复制的方法，制作仿生减阻蒙皮，以适应运载工具表面的不同流速，达到最佳减阻效果。
发明内容
I、目的本发明的目的是提供一种多变环境下仿鲨鱼减阻表面结构调控制造方法，它是一种利用可变形材料制作阴模板，从而改变生物原型表面形貌以适应不同环境条件的仿鳖鱼皮形貌减阻蒙皮的变形制备工艺。该工艺对具有鲨鱼皮形貌的阴模板进行缩放调控，将成形材料倾倒入依据环境条件进行形貌变形的印模板中，待成形材料固化后脱模，制得表面形貌参数改变后的变形仿鲨鱼皮形貌减阻蒙皮。本发明的变形复制工艺借助鲨鱼皮表面的独特外形和结构特点，在对鳖鱼皮形貌实现精确复制的基础上，通过对阴模板进行缩放调控，进一步改变鲨鱼皮形貌的几何参数，最终制得符合环境需求的变形仿生鲨鱼皮形貌减阻蒙皮。2、技术方案本发明一种多变环境下仿鲨鱼减阻表面结构调控制造方法，该方法具体步骤如下步骤一制备原始比例鲨鱼皮生物阴模板(A)将裁切下来的鲨鱼皮先用清水冲洗3 5遍，再用去离子水冲洗2 3遍，完成S鱼皮的清洗；(B)用钉板将鲨鱼皮绷紧在刚性底板上，这样既可以保证固定后鲨鱼皮依然保持平整，又可以避免传统重物压平法对其鳞片结构的破坏；(C)在通风柜中将已经绷紧并清洗后的鲨鱼皮完全浸泡在2. 5%的戊二醛溶液中，然后在4°C的恒温环境中放置6h以上；(D)将固定后的鲨鱼皮先用浓度为4%磷酸缓冲液漂洗lOmin，再用清水和去离子冲洗5遍，然后依次浸泡于50%的乙醇15min、75%的乙醇15min、95%的乙醇15min、100%的乙醇lOmin，完成鲨鱼皮的梯度脱水；(E)将脱水后的鲨鱼皮放在60°C的烘箱中烘5_7h，直至鲨鱼皮完全干燥，从而完成鲨鱼皮预处理；(F)在真空状态下(I X 10_3Pa)向经过预处理的鲨鱼皮表面浇注可变形材料，如聚 二甲基硅氧烷(PDMS)，保持在真空状态下20min以上，使PDMS在真空状态下充分流平。然后将鲨鱼皮生物模板从真空干燥箱内取出，待PDMS在室温固化后脱模，制得原始比例鲨鱼皮生物阴模板。步骤二 依据应用环境需求设计所需制造的变形仿鲨鱼形貌参数将仿鲨鱼减阻蒙皮应用于在介质中运动的物体，其沟槽尺寸必须处于某一特定值时蒙皮才能取得最佳减阻效果，而该沟槽尺寸最重要的两个因素就是沟槽的宽度和深度。由于鲨鱼皮表面经过长期的自然进化选择，沟槽的深宽比已经处于最佳减阻范围内，即0. 3 1之间，因此，采用以鲨鱼生物原型为变形基板的制备方法时，只需确定深度和宽度中的一个尺寸，即可使得整体沟槽尺寸处于最优减阻范围内。通常采用确定沟槽宽度的方法来进行尺寸调整。这一宽度值与物体的速度、长度以及介质粘度有关，计算方法如公式I所示
权利要求
1.一种多变环境下仿鲨鱼减阻表面结构调控制造方法，其特征在于该方法具体步骤如下 步骤一制备原始比例鲨鱼皮生物阴模板 (A)将裁切下来的鲨鱼皮先用清水冲洗3 5遍，再用去离子水冲洗2 3遍，完成鲨鱼皮的清洗； (B)用钉板将鲨鱼皮绷紧在刚性底板上，这样既可以保证固定后鲨鱼皮依然保持平整，又可以避免传统重物压平法对其鳞片结构的破坏； (C)在通风柜中将已经绷紧并清洗后的鲨鱼皮完全浸泡在2.5%的戊二醛溶液中，然后在4°C的恒温环境中放置6h以上； (D)将固定后的鲨鱼皮先用浓度为4%磷酸缓冲液漂洗lOmin，再用清水和去离子冲洗 5遍,然后依次浸泡于50%的乙醇ISmiruTS1^的乙醇151^1^95%的乙醇15min、100%的乙醇lOmin，完成鲨鱼皮的梯度脱水； (E)将脱水后的鲨鱼皮放在60°C的烘箱中烘5-7h，直至鲨鱼皮完全干燥，从而完成鲨鱼皮预处理； (F)在lX10_3Pa的真空状态下向经过预处理的鲨鱼皮表面浇注可变形材料，如聚二甲基硅氧烷即PDMS，保持在真空状态下20min以上，使PDMS在真空状态下充分流平，然后将鲨鱼皮生物模板从真空干燥箱内取出，待PDMS在室温固化后脱模，制得原始比例鲨鱼皮生物阴模板； 步骤二 依据应用环境需求设计所需制造的变形仿鲨鱼形貌参数 将仿鲨鱼减阻蒙皮应用于在介质中运动的物体，其沟槽尺寸必须处于某一特定值时蒙皮才能取得最佳减阻效果，而该沟槽尺寸最重要的两个因素就是沟槽的宽度和深度；由于鲨鱼皮表面经过长期的自然进化选择，沟槽的深宽比已经处于最佳减阻范围内，即0. 3^1之间，因此，采用以鲨鱼生物原型为变形基板的制备方法时，只需确定深度和宽度中的一个尺寸，即可使得整体沟槽尺寸处于最优减阻范围内；通常采用确定沟槽宽度的方法来进行尺寸调整，这一宽度值与物体的速度、长度以及介质粘度有关，计算方法如公式I所示
全文摘要
本发明为一种多变环境下仿鲨鱼减阻表面结构调控制造方法，共有三大步骤步骤一制备原始比例鲨鱼皮生物阴模板；步骤二依据应用环境需求设计所需制造的变形仿鲨鱼形貌参数；步骤三依据应用环境制备变比例仿生减阻蒙皮。应用本发明制得的变比例仿生鲨鱼皮形貌减阻蒙皮具有与原始鲨鱼表皮形貌完全一致的功能结构，但却具有不同的形貌参数。应用本发明制作仿生减阻蒙皮，可根据应用对象的常用速度、外表面的不同部位以及介质粘度等参数调整蒙皮表面形貌的尺寸，使仿鲨鱼减阻蒙皮的减阻效果处于最佳状态。这在仿生制造技术领域内具有较好的实用价值和广阔的应用前景。
文档编号B64C1/12GK102849205SQ20121034560
公开日2013年1月2日 申请日期2012年9月17日 优先权日2012年9月17日
发明者陈华伟, 张鑫, 潘骏峰, 马灵犀, 张德远 申请人:北京航空航天大学