[发明专利]机翼扰流板增阻微织构设计与基于CFRP材料的制造法

权利要求书

1.一种飞机机翼扰流板增阻肋条微织构的设计方法，其特征包括以下步骤：

步骤1)：在平板上的进行微织构设计，并建立流场域，平板水平放置在流场域中，流场域的特征为一个长方体，流场域长度是平板长度的2-4倍，高度是平板厚度的2-4倍，目的是为了让湍流充分发展，以便进行数值模拟仿真，分析微织构对流场的影响，并计算其阻力；验证微织构的方向和流向、尺寸、间距、倾角和连续结构对减阻性的影响，获得具有参考意义的最优增阻微织构的初始设计参数；

步骤2)：根据飞机翼型扰流板模型建立流场域，为保证湍流在流场域中充分发展，流场域按照步骤1)中的标准构建，即流场域长度是平板长度的2-4倍，高度是平板厚度的2-4倍；流场域中流场方向与实际流动路径一致，从长方体流场域左侧水平流进，右侧流出，放置在流场域中的扰流板与水平逆时针方向呈0-50度偏转角；

步骤3)：利用ICEM-CFD软件对步骤2)所得的流场域进行网格划分，网格划分的标准是，贴近扰流板表面的网格尺寸必须小于步骤2)流场中发展的湍流边界层中黏性底层厚度；

步骤4)：将步骤3)中划分好的网格导入到FLUENT中进行数值模拟计算；将边界条件设为k-epsilon湍流模型，壁面函数为增强壁面处理后的壁面函数，入口设为速度入口边界条件，设置好速度，出口设为压力出口边界条件，设置相应压力，侧边设为对称，其他表面设为无滑移边界条件；

步骤5)：根据步骤4)中的数值模拟结果，在扰流板展开时，由于流体流速的不同，产生压力阻力的同时升力下降，造成了扰流板前后静压的显著差异，在扰流板前区速度较低，造成比后区静压高；因此微织构布置在扰流板整体的前1/2区域，使流场速度变慢并与肋条结构相互作用，增加阻力；

步骤6)：建立阻力性能识别方法，分析扰流板微织构表面压差阻力、摩擦阻力、升力的变化规律，这些都可以通过FLUENT软件直接或间接的得到，然后利用总压恢复TPR理论测量流场中运动物体的压降，作为阻力评判标准；TPR计算公式如下：

其中为出口处总压，为进口处总压；

步骤7)：根据步骤6)中的仿真分析结果，在绕流板整体前1/2区域布置微织构，根据间距无量纲数S⁺和高度无量纲数h⁺确定微织构的尺寸，并根据步骤1)中得到的初始设计参数，对微织构的方向和流向、尺寸、间距、倾角和连续结构参数进行调整；然后利用控制变量法，生成多组扰流板模型，并按照步骤2-6)的过程进行仿真试验，观察阻力变化，通过不断调整微织构的方向和流向、尺寸、间距、倾角和连续结构不断优化扰流板微织构模型，最终获得具有最佳增阻性能的微织构布置的最终参数。

2.根据权利要求1飞机机翼扰流板增阻肋条微织构的设计方法，其特征在于：

上述步骤7)中的最佳增阻性能微织构具有以下特征：

飞机翼型为NACA0015翼型，流速为70m/s，微织构采用高度和间距均为0.3mm的连续肋条，布置在扰流板整体的前1/2区域；在巡航飞行中，扰流板不工作，在降落或飞机姿态调整时，扰流板打开，实现增阻。

3.根据权利要求1飞机机翼扰流板增阻肋条微织构的设计方法，其特征在于：所述步骤2)中，流速越高，流场域设置的越小。

4.根据权利要求1飞机机翼扰流板增阻肋条微织构的设计方法，其特征在于：所述步骤3)中针对复杂的扰流板结构，采用四面体非结构网格。

5.根据权利要求1飞机机翼扰流板增阻肋条微织构的设计方法设计的增阻肋条微织构在CFRP材料上的制造方法，其特征包括以下步骤：

步骤8):根据设计优化后确定扰流板微织构参数，在铝合金板上铣削微织构，得到铝合金板模具；

步骤9)：将PDMS预聚体和固化剂混合搅拌，倒在步骤8)制作的带有微织构的铝合金板模具表面；将模具与PDMS在烘箱中固化，确保PDMS完全聚合固化；冷却后将膜从模具上剥离，制得微织构膜；

步骤10)：准备制作扰流板的复合材料CFRP板,将粘接剂涂抹CFRP板上，制备的PDMS膜粘接在CFRP板上，在室温下固化，最终在复合材料CFRP板上获得带有增阻微织构的表面。