CN106585949B - 一种仿生鲨鱼皮减阻结构 - Google Patents

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Abstract

一种仿生鲨鱼皮减阻结构，它涉及一种飞行器机翼，以解决现有飞行器在紊乱气场下面对不同的气动环境条件，无法改善在整个飞行包线下气动性能，飞行器受到的飞行阻力较大，不能满足紊乱气场下不同飞行速度的飞行需求的问题，它包括介电弹性体、柔性电极层和纳米线导电涂层；所述介电弹性体为板式结构，所述介电弹性体的一个板面上涂布有多条所述纳米线导电涂层，多条所述纳米线导电涂层在横向上涂布以及与横向斜交的两个斜向上涂布并形成一个网状结构，所述介电弹性体的与所述一个板面相对设置的另一个板面上涂有柔性电极层。本发明用于机翼翼根。

Description

一种仿生鲨鱼皮减阻结构
技术领域
本发明涉及一种飞行器机翼，具体涉及一种用于水空两栖飞行器机翼的仿生鲨鱼皮减阻结构，属于飞行器技术领域。
背景技术
无论是飞行动物还是人造飞行器，为了执行不同任务(如巡航、盘旋、攻击或逃生等)，或为了满足飞行环境(如高度、速度和气候等)的不同要求，往往需要相应的调整形态，以达到高效能、安全以及任务要求等目的。
由于飞行器在紊乱气场情况下面对不同的气动环境条件，现有的机翼翼根或者蒙皮往往无法改善在整个飞行包线下气动性能，飞行器受到的飞行阻力较大，不能满足紊乱气场下不同飞行速度的飞行需求。
发明内容
本发明是为解决现有飞行器在紊乱气场下面对不同的气动环境条件，无法改善在整个飞行包线下气动性能，飞行器受到的飞行阻力较大，不能满足紊乱气场下不同飞行速度的飞行需求的问题，进而提供一种仿生鲨鱼皮减阻结构。
本发明为解决上述问题采取的技术方案是：一种仿生鲨鱼皮减阻结构包括介电弹性体、柔性电极层和纳米线导电涂层；所述介电弹性体为板式结构，所述介电弹性体的一个板面上涂布有多条所述纳米线导电涂层，多条所述纳米线导电涂层在横向上涂布以及与横向斜交的两个斜向上涂布并形成一个网状结构，所述介电弹性体的与所述一个板面相对设置的另一个板面上涂有柔性电极层，所述介电弹性体为硅橡胶、丙烯酸酯弹性体、聚氨酯弹性体、丁腈橡胶或亚乙烯基氟化三氟乙烯；所述横向布置的纳米线导电涂层与一个斜向布置的纳米线导电涂层所夹的锐角为45°，所述横向布置的纳米线导电涂层与另一个斜向布置的纳米线导电涂层所夹的锐角为80°，斜向布置的两条纳米线导电涂层所夹的锐角为55°。
本发明的有益效果是：本发明基于介电弹性体的形变性能，介电弹性体是一种新型材料，就是一种加上电压即可出现形变的电激活聚合物。它能够用来制作柔软，轻巧，可以承受很大程度的弹性变形。模仿快速游行的鲨鱼身上生长着沿着流动方向的沟槽结构，这种结构被认为是用于减少在混乱的流场中的摩擦阻力。沟槽内部二次涡的对流作用是沟槽减阻的主要原因。沟槽减阻机理可以表明为：小尺度沟槽通过约束表面流向涡位置来减小粘性阻力，这样只有很小的一部分沟槽表面被暴露在了由二次涡所产生的高速“下冲流”中，使得沟槽面受到的壁面剪切应力减小，从而起到了减阻的作用。
本发明的具有电活性的介电弹性体的一个板面上按一定的规律喷涂纳米线导电涂层作为一个板面电极，另一个板面喷涂柔性电极材料作为另一个表面电极。由于纳米线导电涂层尺度很小，当施加一个外部电压时，在外加电压的作用下，两个板面电极获得能量向彼此运动，从而对介电弹性体挤压导致其变形。由于纳米线在介电体表面的按一定的规律排布，所以介电弹性体表面便形成了具有一定规律的沟槽4。而且沟槽4的尺寸与电压相关，一次可以通过调节电压来调节沟槽结构的尺寸从而满足在不同气动条件下减阻性能的最优。本发明可调节仿生鲨鱼皮结构可应用于机身翼根处等容易产生紊流的部位附近从而最大程度发挥其减阻的作用。
附图说明
图1为实施例中未驱动时的仿生鲨鱼皮减阻结构的立体结构示意图；
图2为图1的俯视图；
图3为图2的主视图；
图4为图1施加电压后发生形变得仿生鲨鱼皮减阻结构的立体结构示意图；
图5为图4的俯视图；
图6为图5的主视图；
图7为仿生鲨鱼皮减阻结构的一种微米级的微观结构示意图；
图8为仿生鲨鱼皮减阻结构的另一种微米级的微观结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案作进一步地说明。
参见图1-图6说明，一种仿生鲨鱼皮减阻结构包括介电弹性体1、柔性电极层3和纳米线导电涂层2；所述介电弹性体1为板式结构，所述介电弹性体1的一个板面上涂布有多条所述纳米线导电涂层2，多条所述纳米线导电涂层2在横向上涂布以及与横向斜交的两个斜向上涂布并形成一个网状结构，所述介电弹性体1的与所述一个板面相对设置的另一个板面上涂有柔性电极层3。
本实施例中横向铺设的多条纳米线和两个斜向铺设的多条纳米线形成一个网状结构，所以施加电压后，介电弹性体1表面便形成了具有一定规律的沟槽结构，横向上涂布的纳米线导电涂层在施加电压后形成的沟槽的方向和水流动方向相同。
其中，横向布置的纳米线导电涂层2在每个板面上横向并行涂布多行，两个斜向布置的纳米线导电涂层2由板面的两侧成×形布置，并与横向布置的纳米线导电涂层2斜交。每个斜向布置的纳米线导电涂层2成行涂布设置。图7和图8为不同倍数下(分别为50微米级和10微米级)的仿生鲨鱼皮减阻结构微观示意图，由于纳米线导电涂层2在介电弹性体1表面按一定的规律排布，所以介电弹性体1表面便形成了具有一定规律的沟槽4结构，如图4和图6所示。
为了提高机翼翼根或蒙皮的耐曲绕性能，多根所述纳米线导电涂层2为银纳米线。如此设置，银纳米线除具有银优良的导电性之外，由于纳米级别的尺寸效应，还具有优异的透光性、耐曲挠性。由于银纳米线的大长径比效应，使其在导电胶、导热胶等方面的应用中也具有突出的优势。
优选地，介电弹性体1为硅橡胶、丙烯酸酯弹性体、聚氨酯弹性体、丁腈橡胶或亚乙烯基氟化三氟乙烯。优选地，介电弹性体1为硅橡胶复合材料或丙烯酸酯弹性体复合材料。例如：硅橡胶可和多种填料复合来改变电性能和机械性能，硅橡胶作基体制备介电弹性体材料；聚氨酯/Poly－CuPc混合物为PANI的高介电基体，进一步提高了介电常数。
参见图1说明，横向布置的纳米线导电涂层2与一个斜向布置的纳米线导电涂层2所夹的锐角为45°，所述横向布置的纳米线导电涂层2与；另一个斜向布置的纳米线导电涂层2所夹的锐角为80°，斜向布置的两条纳米线导电涂层2所夹的锐角为55°。如此设置，横向布置的多根纳米线和斜向布置的多根纳米线网状结构致密，有利于模仿鲨鱼皮表面纹理结构。
优选地，柔性电极层3为柔性二氧化钛电极层。如此设置，二氧化钛的电导率和离子传导率较高。有利于与纳米线导电涂层结合形成电场。保证纳米线导电涂层加上电压即可出现形变的电激活聚合物。
多根所述纳米线导电涂层2是喷涂在所述介电弹性体1的一个板面上，并用一定的材料进行表面涂覆封装。如此设置，加工制作方便可靠，便于使用。
本发明已以较佳实施案例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可以利用上述揭示的结构及技术内容做出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施案例，但是凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施案例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术方案范围。

Claims (3)

1.一种仿生鲨鱼皮减阻结构，其特征在于：它包括介电弹性体（1）、柔性电极层（3）和纳米线导电涂层（2）；所述介电弹性体（1）为板式结构，所述介电弹性体（1）的一个板面上涂布有多条所述纳米线导电涂层（2），多条所述纳米线导电涂层（2）在横向上涂布以及与横向斜交的两个斜向上涂布并形成一个网状结构，所述介电弹性体（1）的与所述一个板面相对设置的另一个板面上涂有柔性电极层（3）；所述介电弹性体（1）为硅橡胶、丙烯酸酯弹性体、聚氨酯弹性体、丁腈橡胶或亚乙烯基氟化三氟乙烯；多条所述纳米线导电涂层（2）为银纳米线导电涂层；所述横向布置的纳米线导电涂层（2）与一个斜向布置的纳米线导电涂层（2）所夹的锐角为45°，所述横向布置的纳米线导电涂层（2）与另一个斜向布置的纳米线导电涂层（2）所夹的锐角为80°，斜向布置的两条纳米线导电涂层（2）所夹的锐角为55°。
2.根据权利要求1所述一种仿生鲨鱼皮减阻结构，其特征在于：所述介电弹性体（1）的材质可由硅橡胶复合材料或聚氨酯弹性体复合材料代替。
3.根据权利要求1或2所述一种仿生鲨鱼皮减阻结构，其特征在于：所述柔性电极层（3）为柔性二氧化钛电极层。
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