一种分布式多孔微米结构减阻膜的制作方法

本发明涉及减阻膜，具体是一种分布式多孔微米结构减阻膜。

背景技术：

1、

2、物体(汽车、火车或者飞行器)在液体或气体中运动时会产生阻力，阻力会阻止物体的运动，因此阻力会降低物体的运动速度，或增加物体在运动时或加速时的油耗。以小型客车为例，在以100km/h的速度行驶时，其用于气动阻力所花费的能量占到燃油消耗量的50％左右。较大型的普通货车在100km/h的速度下用于气动阻力所花费的能量占到的燃油消耗量则为32％左右。数据统计显示，当物体的运行速度在80km/h～300km/h时，气动阻力引起的燃油消耗量在总燃油消耗量中占据十分显著的比例，该比例通常会在30％以上，当物体的运动速度超过300km/h时，气动阻力引起的燃油消耗量占据比例将更大。

3、减小交通运输工具在运动摩擦阻力是减低其燃料消耗的主要手段之一。气动摩擦阻力是总摩阻的主要组成部分，由流体与壁面之间的相互作用产生。相关研究表明，具有特定构型的小肋结构能够有效的降低气动摩擦阻力，从而提高燃料的利用效率。

4、现有技术中，多数研究和设计聚焦于通过优化小肋结构参数来提高减阻效果。然而，具有小肋结构的减阻膜在实际应用过程中仍存在问题。一方面，其减阻效果直接受到气流流动方向与小肋结构排布方向之间夹角的影响。若夹角过大，反而可能产生增阻的效果。另一方面，实际运用中需要减阻的表面往往具有复杂的曲面外形结构，导致整体的小肋结构减阻膜难以平整的粘贴与表面上。

5、例如中国专利cn 103496405 a公开的一种减阻膜，减阻膜的表面形成有凹穴，凹穴间隔分布并形成阵列，凹穴的深度小于凹穴的直径，减阻膜覆盖于运动物体的表面，凹穴使得层流边界沿着运动物体的长度方向向后延展。本发明的减阻膜被覆盖于运动物体的表面，比如贴在汽车、轨道交通车辆、火车、低速飞行器的外壳上，利用由凹穴阵列形成的湍流引导结构来减小湍流，使层流边界沿着运动物体长度方向向后延展，其效果是减小位于物体后方的负压区，使得运动物体前方和后方的压力差减小，从而降低气动阻力。该结构的减阻膜虽然可以通过减少物体前方和后方的压力差从而降低气动阻力，实现减低燃料消耗，但该技术方案中提到的“凹穴”结构的减阻膜并不适合高速运动状态下的物体，在高速运动状态下“凹穴”结构的减阻膜受到较大的形阻而容易被破坏变形。

6、例如中国专利cn 113479287a公开的一种船用减阻膜，包括微孔、沟槽和背胶等。船体内部产生气泡后，通过船底的微孔沿着膜上沟槽向后运动，形成一层气膜层以限制航行器表面边界层底部液体的横向运动，改善其近壁面流场的特性，有效降低壁面的摩擦阻力，从而获得较高的速度，同时也减少了能源消耗，充分发挥了其在环境保护方面“节能减排”的优势。此外，若有对应条件，也可通过“润湿阶跃效应”控制产气孔道的个数及分区，使其一部分产气而另一部分不产气，以期利用若干沟槽的集合束缚气膜，延长气膜的存在时间。该结构的减阻膜通过疏水和沟槽的束缚作用在船底形成稳定的气膜，最终实现船舶有效减阻的目的，但无法应用在高速行驶的物体上，若将沟槽和微孔安装在高速行驶的飞行器上，则沟槽和微孔将会被快速破坏和变形。

7、再例如中国专利cn104908828公开的一种车体气膜减阻与压差减阻附加装置及减少风阻的方法，附加装置是一安装在车体外表面的具有一个顶壁、两个侧壁的罩体；该罩体的顶壁和两个侧壁均是由内部具有多个气室的夹层板构成，每个气室上均开设有多个朝向罩体外部的渗气孔：车体前端设有高压气泵,高压气泵通过管路将气流由罩体前端输送给各个气室,气流由罩体的顶壁和两个侧壁的渗气孔喷射出罩体的外表面，并在罩体的外表面形成气膜。该气膜与外界气流接触、混合，降低其与罩体的速度差，使车体外的边界层速度梯度减小，粘性力摩擦作用减弱，从而降低了车辆行驶过程中的风阻。该技术方案在低速行驶的车辆上是存在减阻的效果，因其内外罩体结构的特殊性使其在高速行驶的飞行器上反而容易产生增阻的效果，该高速运动状态下罩体同样容易受到较大的形阻而被破坏变形。

技术实现思路

1、发明目的：本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种分布式多孔微米结构减阻膜，通过分布式排列的小肋结构提高了其减阻效果，并且具有多尺度的排气孔结构，便于在复杂曲面上的粘贴与安装。

2、技术方案：为了实现以上目的，本发明所述的一种分布式多孔微米结构减阻膜，它包括：覆于物体上的膜本体，均匀排布在膜本体上的小肋区，相邻小肋区之间设有排气孔，所述的小肋区上均匀排布设置小肋结构；

3、所述的小肋区包括平行小肋区和倾斜小肋区，平行小肋区与流线方向平行，倾斜小肋区与流线方向倾斜，相邻两个倾斜小肋区之间设有至少1个平行小肋区；

4、四个倾斜小肋区分别位于第一排的左右极限位置以及最后一排的左右极限位置，两端设置的倾斜小肋区分别用于对气体的引入和导出。

5、作为本发明的进一步优选，所述的小肋结构的横截面为三角形，相邻两个小肋结构之间设有梯形沟槽，小肋结构用于对气体流向的引导，使物体在高速行驶的情况下遇到的阻力最小。

6、作为本发明的进一步优选，相邻小肋区之间距离为2.5mm～5mm。

7、作为本发明的进一步优选，所述的排气孔的直径为0.5mm～1mm。

8、作为本发明的进一步优选，相邻两个圆形排气孔之间的距离为5mm～8mm，区域间缝隙上布置有圆形排气孔，这些排气孔可以使粘贴安装过程中膜与壁面之间的残留空气均匀的排出，从而避免残留空气形成隆起。

9、作为本发明的进一步优选，所述的排气孔沿长度方向呈直线排列。

10、作为本发明的进一步优选，所述的倾斜小肋区上的小肋结构与流线方向的倾斜角为ψ，倾斜角度为：0°＜ψ≤20°，相邻倾斜小肋区上小肋结构的倾斜角度为互相镜面状态，倾斜小肋区位于平行小肋区的两侧，倾斜小肋区用于将气体流引入平行小肋区和引出平行小肋区，该设置一方面能够提高减阻效果，另一方面避免了在高速运动状态下小肋结构受到较大的形阻而被破坏变形。

11、作为本发明的进一步优选，所述的小肋结构的小肋减阻量γ与倾斜角为ψ之间的关系函数为：

12、γ＝-0.0795+8×10-5ψ+0.0001ψ2。

13、有益效果：本发明所述的一种分布式多孔微米结构减阻膜，通过分布式小肋排布使近壁面流动与小肋结构平行，一方面能够提高减阻效果，另一方面避免了在高速运动状态下小肋结构受到较大的形阻而被破坏变形。多排气孔结构便于减阻膜在复杂曲面上的安装，防止安装过程中形成鼓包，影响减阻效果和小肋膜使用寿命。

技术特征：

1.一种分布式多孔微米结构减阻膜，它包括：覆于物体上的膜本体(1)，其特征在于：它还包括均匀排布在膜本体(1)上的小肋区(2)，相邻小肋区(2)之间设有排气孔(3)，所述的小肋区(2)上均匀排布设置小肋结构(23)；

2.根据权利要求1所述的一种分布式多孔微米结构减阻膜，其特征在于：所述的小肋结构(23)的横截面为三角形。

3.根据权利要求2所述的一种分布式多孔微米结构减阻膜，其特征在于：相邻两个小肋结构(23)之间设有梯形沟槽(24)。

4.根据权利要求1所述的一种分布式多孔微米结构减阻膜，其特征在于：相邻小肋区(2)之间距离为2.5mm～5mm。

5.根据权利要求1所述的一种分布式多孔微米结构减阻膜，其特征在于：所述的排气孔(3)的直径为0.5mm～1mm。

6.根据权利要求5所述的一种分布式多孔微米结构减阻膜，其特征在于：相邻两个圆形排气孔(3)之间的距离为5mm～8mm。

7.根据权利要求6所述的一种分布式多孔微米结构减阻膜，其特征在于：所述的排气孔(3)沿长度方向呈直线排列。

8.根据权利要求1所述的一种分布式多孔微米结构减阻膜，其特征在于：所述的倾斜小肋区(22)上的小肋结构(23)与流线方向的倾斜角为ψ，倾斜角度为：0°＜ψ≤20°。

9.根据权利要求8所述的一种分布式多孔微米结构减阻膜，其特征在于：所述的相邻倾斜小肋区(22)上的小肋结构(23)的倾斜角度为互相镜面状态。

10.根据权利要求8所述的一种分布式多孔微米结构减阻膜，其特征在于：所述的小肋结构(23)的小肋减阻量γ与倾斜角为ψ之间的关系函数为：

技术总结
本发明公开了一种分布式多孔微米结构减阻膜，它包括：覆于物体上的膜本体，均匀排布在膜本体上的小肋区，相邻小肋区之间设有排气孔，所述的小肋区上均匀排布设置小肋结构；所述的小肋区包括平行小肋区和倾斜小肋区，平行小肋区与流线方向平行，倾斜小肋区与流线方向倾斜，该减阻膜通过分布式小肋排布使近壁面流动与小肋结构平行，一方面能够提高减阻效果，另一方面避免了在高速运动状态下小肋结构受到较大的形阻而被破坏变形。多排气孔结构便于减阻膜在复杂曲面上的安装，防止安装过程中形成鼓包，影响减阻效果和小肋膜使用寿命。

技术研发人员：向阳,孙琳娜,刘浩
受保护的技术使用者：飞琳科新材料（南通）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/5/16