CN110388235A - 具有异型气膜孔结构的材料、其加工方法及应用 - Google Patents

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CN110388235A CN201810349621.9A CN201810349621A CN110388235A CN 110388235 A CN110388235 A CN 110388235A CN 201810349621 A CN201810349621 A CN 201810349621A CN 110388235 A CN110388235 A CN 110388235A
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Abstract

本申请公开了一种具有异型气膜孔结构的材料、其加工方法及应用，属于材料领域。该具有异型气膜孔结构的材料中，异型气膜孔深度大于等于5毫米和/或异型气膜孔深度大于等于异型气膜孔中至少一个位置的直径的10倍。异型气膜孔包括第一通道和第二通道；第一通道与第二通道相通，第一通道和第二通道共同构成具有异型气膜孔结构的材料中的通孔。该具有异型气膜孔结构的材料有效解决了大厚度结构的异型气膜孔加工和应用难题，该材料的任意形状的表面都可以方便的施加气膜效应，具有良好的气动性能，可以达到良好的温控、减阻和减重效果，在工程结构上具有广泛的应用，可以解决一系列的工程矛盾。

Description

具有异型气膜孔结构的材料、其加工方法及应用
技术领域
本申请涉及一种具有异型气膜孔结构的材料、其加工方法及应用，属于材料领域。
背景技术
气膜孔是一种倾斜于结构表面的孔，通过气体喷射，形成覆盖工件的气膜，达到调节温度和阻力的效果。航空发动机的涡轮叶片使用各种气膜孔，很好地解决了高温合金叶片主动气膜冷却的问题。气膜孔的入射端一般设计为小直径，出射端可以与入射端保持同样的直径(如简单直圆孔)，也可以采用三维扩散孔，被称为异型孔。优化设计的复杂异型孔符合气动力学要求，单孔的气膜效果可以远远大于简单直圆孔，比如，同等喷气量下，其单孔冷却面积可以大于直圆孔20倍，气膜的帖服性也远远优于简单孔，减阻方面有类似的效果。因此，在发动机或燃气轮机涡轮叶片上使用复杂异型气膜孔是先进有效的冷却技术。
复杂异型孔需要倾斜于表面15-45度，以便更好地形成气膜帖附。此外，高质量的复杂异型孔需要实现小于0.1毫米的加工分辨率，以满足气动力学性能所需的光滑过渡。因此，由于高功率激光的加工分辨率可以很容易达到0.05毫米以下，复杂异型孔普遍采用脉冲激光升华式去除加工，即高强度激光聚焦于工件，工件材料升华去除，扫描激光，一层层去除材料，类似于机械铣削，加工出光滑过渡的三维复杂异型结构。激光加工有深度能力限制，目前的激光加工技术在厚度大于5毫米后，加工效率大为降低，大于10毫米则很难实现。倾角越大气膜帖附效应越好，但倾斜后打孔会使打孔的厚度增加，尤其是大倾角时，如30度倾角会使打孔厚度加倍。因此，受限于激光的深度能力，复杂异型气膜孔一般用于较薄的结构上，结构的厚度一般在5毫米以内，打孔的深度一般在0-6毫米左右。复杂异型气膜孔要实现卓越的气动性能，就必须具备100微米以内的加工分辨率，激光加工是主流工艺，但激光加工复杂异型气膜孔，直接以小直径穿越大厚度结构很困难，因为目前的激光加工加工深度能力在10毫米左右或深径比小于20：1。
如果厚度>5毫米也能使用复杂异型气膜孔，将大大扩展气膜孔的应用范围，因为厚度增加后，可以增大部件的总体强度，用于大型结构。但当前的加工手段很难实现超大厚度气膜孔加工，尤其是复杂异型气膜孔加工。本发明揭示大厚度结构材料使用异型气膜孔的方法。
发明内容
根据本申请的一个方面，提供了一种具有异型气膜孔结构的材料，该具有异型气膜孔结构的材料有效解决了大厚度结构的异型气膜孔加工和应用难题，该材料的任意形状的表面都可以方便地施加气膜效应，具有良好的气动性能，可以达到良好的温控、减阻和减重效果，在工程结构上具有广泛的应用，可以解决一系列的工程矛盾。
所述具有异型气膜孔结构的材料，其特征在于，所述具有异型气膜孔结构的材料中，异型气膜孔深度大于等于5毫米和/或异型气膜孔深度大于等于所述异型气膜孔中至少一个位置的直径的10倍。所述异型气膜孔包括第一通道和第二通道；所述第一通道与所述第二通道相通，所述第一通道和所述第二通道共同构成所述具有异型气膜孔结构的材料中的通孔。
优选地，所述异型气膜孔深度为所述异型气膜孔中至少一个位置的直径的10倍以上。
优选地，所述异型气膜孔结构的总体深度为5毫米至10000毫米；和/或所述异型气膜孔深度为所述异型气膜孔中至少一个位置的直径的10倍以上。
优选地，所述异型气膜孔中至少一个位置的直径为异型气膜孔的最小直径。
优选地，所述第一通道的至少一个位置的直径小于或等于所述第二通道的至少一个位置的直径。
优选地，所述第一通道的直径小于所述第二通道的直径。
优选地，所述第一通道的直径小于所述第二通道的直径。
优选地，所述第一通道的至少一个位置的直径在0.25毫米至0.75毫米范围内；
所述第二通道的直径大于或等于1毫米；
在第一通道和第二通道贯通方向上，所述的具有异型气膜孔结构的材料厚度大于或等于10毫米。
优选地，所述第一通道的至少一个位置的直径在0.1毫米至0.25毫米的范围内；
所述第二通道的直径大于或等于1毫米；
在第一通道和第二通道贯通方向上，所述的具有异型气膜孔结构的材料厚度大于或等于所述第一通道的至少一个位置的直径的20倍。
优选地，所述第二通道的直径范围选自2-300毫米。
进一步优选地，所述第二通道的直径在1毫米至100毫米范围内。
优选地，在第一通道和第二通道贯通方向上，所述的具有异型气膜孔结构的材料厚度的范围值、5000毫米、8000毫米10000在10毫米至10米的范围内。
进一步优选地，在第一通道和第二通道贯通方向上，所述的具有异型气膜孔结构的材料厚度是所述第一通道的至少一个位置的直径的10倍至10000倍。
优选地，所述第二通道为等孔径，或者所述第二通道为多个且至少包括两种不同孔径；和/或所述第二通道具备供气结构。
进一步优选地，所述的供气结构可以为螺纹结构。
优选地，所述第一通道的延伸方向倾斜于所述具有异型气膜孔结构的材料的表面。
进一步优选地，所述第一通道的延伸方向与所述具有异型气膜孔结构的材料的表面夹角为10°至60°。更进一步优选地13°、45°、50°、55°57°更进一步优选地，所述第一通道的延伸方向与所述具有异型气膜孔结构的材料的表面夹角为25°至45°。优选地，所述第一通道在所述具有异型气膜孔结构的材料的表面的直径或等效直径大于所述第一通道在所述具有异型气膜孔结构的材料内部的直径。
本申请中，所述等效直径是指：如果孔道或通道的截面不是圆形，则将所述截面的面积除以π，得到的直径即为等效直径。
优选地，所述第一通道在所述具有异型气膜孔结构的材料表面的开口包括扩散端和收窄端，所述开口的宽度从所述扩散端到收窄端逐渐减小；
所述收窄端到所述扩散端的方向，与所述第一通道在所述具有异型气膜孔结构的材料表面的投影到所述开口方向一致。
优选地，所述扩散端具有延伸部，所述延伸部位于所述扩散端与所述第一通道在所述具有异型气膜孔结构的材料表面的投影的垂直方向的两侧，所述延伸部将所述开口方向与所述收窄端相反的方向延伸。
优选地，所述第一通道在所述具有异型气膜孔结构的材料表面的开口，沿所述第一通道在所述具有异型气膜孔结构的材料表面的投影方向交错分布。
优选地，所述第一通道在所述具有异型气膜孔结构的材料表面的开口，沿所述第一通道在所述具有异型气膜孔结构的材料表面的投影的垂直方向以一定间距分布，所述间距大于等于所述开口直径或等效直径的1～100倍；和/或所述间距范围为0.01mm～100mm。
进一步优选地，所述第一通道在所述具有异型气膜孔结构的材料表面的开口，沿所述第一通道在所述具有异型气膜孔结构的材料表面的投影的垂直方向以一定间距分布，所述间距大于等于所述开口直径或等效直径的倍数范围为1.5-100倍。
更进一步优选地，所述第一通道在所述具有异型气膜孔结构的材料表面的开口，沿所述第一通道在所述具有异型气膜孔结构的材料表面的投影的垂直方向以一定间距分布，所述间距大于等于所述开口直径或等效直径的1.5～80倍；和/或所述间距范围为0.1mm～100mm。
优选地，所述具有异型气膜孔结构的材料包括表层和下层；
所述第一通道贯通所述表层；
所述第二通道贯通所述下层；
所述表层和所述下层相连，所述表层的第一通道和所述下层的第二通道相通。
优选地，所述第二通道垂直于所述下层的表面。
根据本申请的一个实施例，所述第二通道倾斜于所述下层的表面。
优选地，所述具有异型气膜孔结构的材料的表面为三维曲面或平板。
优选地，所述材料包括金属材料、非金属材料、复合材料中的至少一种。
根据本申请的一个实施例，所述表层和下层的材料相同或不同。
优选地，所述金属材料选自纯金属、合金、金属材料金属间化合物和特种金属材料中的至少一种。
优选地，金属材料金属间化合物选自钛的铝化物、镍的铝化物、和铁的铝化物中的至少一种。
优选地，特种金属材料选自不同用途的结构金属材料和功能金属材料中的至少一种。
优选地，所述非金属材料选自水泥和其它凝胶材料、陶瓷、玻璃、搪瓷、铸石、碳素材料、非金属矿、铁电和压电材料、生物陶瓷、无机复合材料、半导体材料、超高耐高温材料、发光材料、耐火材料、磁性材料、光学材料、超硬材料中的至少一种。进一步优选地，所述非金属材料选自硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、陶瓷、玻璃、搪瓷、铸石、云母、大理石、水晶、金刚石、钛酸钡系材料、锆钛酸铅系材料、碳化钛、人造金刚石和立方氮化硼、塑料中的至少一种。
优选地，所述复合材料包括基体材料和增强材料；所述的基体材料选自金属和/或非金属中的至少一种。
进一步优选地，所述金属基体选自铝、镁、铜、钛及其合金中的至少一种；和/或，所述非金属基体选自合成树脂、橡胶、陶瓷中的至少一种；和/或，所述增强材料选自玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石棉纤维、晶须、金属丝和硬质细粒中的一种。
进一步优选地，所述材料结构为多类材料的复合结构，包括表层为高强、耐腐等金属、非金属材料。
优选地，所述具有异型气膜孔的材料上添加功能结构，包含螺纹，探测，微流体，加热中的至少一种功能结构。
另一个方面，本申请提供了一种大厚度结构材料上加工应用异型气膜孔的方法。
所述的具有异型气膜孔结构的材料的加工方法，其特征在于，包括步骤：
a)在待处理工件的一面打孔，得到具有第一通道的工件；
b)在步骤a)得到的具有第一通道的工件的另一面打孔，得到第二通道，所述第二通道与所述第一通道相通；或
a1)在待处理工件的一面打孔，得到具有第二通道的工件；
b1)在步骤a1)得到的具有第二通道的工件的另一面打孔，得到第一通道，所述第二通道与所述第一通道相通；
所述步骤a)和步骤b1)中的打孔方法为激光打孔或电加工打孔。
优选地，步骤b)和步骤a1)中所述第二通道的打孔方法包括激光、机械、超声或电火花。
优选地，所述的具有异型气膜孔结构的材料的加工方法，其特征在于，包括步骤：
a2)在待处理工件I上激光加工通孔，得到具有第一通道的工件I；
b2)在待处理工件II上加工通孔，得到具有第二通道的工件II，所述工件II上的第二通道的位置与所述工件I上的第一通道的位置一一对应；
c)将所述工件I与所述工件II连接，得到工件III，所述第一通道和所述第二通道联通后构成所述工件III的通孔。
优选地，所述的具有异型气膜孔结构的材料的加工方法，其特征在于，包括步骤：
a3)在具有第二通道的待处理工件的第二通道的另一面打孔，得到第一通道，所述第二通道与所述第一通道相通；
所述步骤a3)中的打孔方法为激光打孔或电加工打孔。
优选地，所述具有第二通道的待处理工件为用铸造或3D增材制造的具有第二通道的待处理工件。
优选地，在所述第一通道的表面开口处加工扩散结构。
根据本申请的又一个方面，提供了一种任一所述的具有异型气膜孔结构的材料中的至少一种或根据任一所述的方法加工得到的具有异型气膜孔结构的材料中的至少一种在温控、减阻、减重方面的应用。
本申请能产生的有益效果包括：
1)本申请所提供的具有异型气膜孔结构的材料有效解决了大厚度结构的异型气膜孔加工和应用难题。
2)本申请所提供的具有异型气膜孔结构的材料的任意形状的表面都可以方便的施加气膜效应，具有良好的气动性能，可以达到良好的温控、减阻和减重效果。
3)本申请所提供的具有异型气膜孔结构的材料在工程结构上具有广泛的应用，可以解决一系列的工程矛盾，如可以用低温材料工作于高温环境；可以保证结构强度又使表面保持可控状态，不受外界环境干扰等。
4)本申请所提供的具有异型气膜孔结构的材料的加工方法解决了大厚度结构上无法加工异型气膜的难题，该方法经济可行。
附图说明
图1为本申请的为一种具有异型气膜孔结构的材料及其具有的异型气膜孔；图(a)为具有异型气膜孔结构的材料沿异型气膜孔的延伸方向的视图；图(b)为图(a)中的具有异型气膜孔结构的材料的沿的A-A线的剖面图。
图2为本申请的一种具有异型气膜孔结构的材料的表面为三维曲面的应用示范图。
图3为本申请的异型气膜孔单孔气动仿真分析模型示意图。
图4为本申请的异型气膜孔气动仿真示意图。
图中；1、具有异型气膜孔结构的材料；2、具有异型气膜孔结构的材料的表面；3、第一通道；4、具有异型气膜孔结构的材料的表层；5、第二通道；6、异型气膜孔；7、具有异型气膜孔结构的材料的下层；H1、具有异型气膜孔结构的材料的厚度；H2、具有异型气膜孔结构的材料的表层的厚度；H1-H2、具有异型气膜孔结构的材料的下层的厚度。
具体实施方式
为了使本申请的技术方案更加清楚，以下结合附图，对本申请的具有异性气膜孔结构的材料作进一步详细的说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅用以解释本申请不用限定本申请。
实施例1
图1为本申请的一种具有异型气膜孔的材料及其具有的异型气膜孔；图(a)为具有异型气膜孔结构的材料1的沿异型气膜孔的延伸方向的视图；图(b)为图(a)中的具有异型气膜孔结构的材料1的沿A-A线的剖面图。
如图1所示，本实施例提供了一种具有异型气膜孔结构的材料1及其具有的异型气膜孔6，所述异型气膜孔6包括第一通道3和第二通道5，所述第一通道3和所述第二通道5共同构成所述具有异型气膜孔结构的材料1中的通孔，所述的具有异型气膜孔结构的材料1的原材料为钢铁。
实施例2
与实施例1不同之处在于，如图1中的图(b)所示，第一通道3的最小直径小于所述第二通道5的直径，第二通道为等直径通道，该具有异型气膜孔结构的材料1记为材料2-1#。与材料2-2#、材料2-3#、材料2-4#与制备的具有异型气膜孔结构的材料2-1#不同之处在于表1。
表1
实施例3
与实施例1不同之处在于，如图1中的图(b)所示，所述第一通道3的最小直径为0.5毫米；所述第二通道5的直径为6毫米，第二通道5为等孔径通道；在第一通道3和第二通道5贯通方向上，所述的具有异型气膜孔结构的材料1的厚度H1为15毫米，该具有异型气膜孔结构的材料1记为材料3-1#。材料3-2#、材料3-3#、材料3-4#与具有异型气膜孔结构的材料3-1#不同之处在于表2。
表2
实施例4
与实施例1不同之处在于，如图1中的图(b)所示，所述第一通道3的最小直径为0.09毫米；所述第二通道5的直径2毫米，第二通道5为等孔径通道；在第一通道3和第二通道5贯通方向上，所述的具有异型气膜孔结构的材料1的厚度H1等于所述第一通道3的最小直径的200倍，该具有异型气膜孔结构的材料1记为材料4-1#。材料4-2#、材料4-3#、材料4-4#与具有异型气膜孔结构的材料4-1#不同之处在于表3。
表3
实施例5
与实施例1不同之处在于，如图1中的图(b)所示，所述具有异型气膜孔结构的材料1中的第二通道5的结构包括等孔径、两种不同孔径和螺纹三种类型的通道。
实施例6
与实施例1不同之处在于，如图1中的图(b)所示，所述第一通道3的延伸方向倾斜于所述具有异型气膜孔结构的材料的表面2。
实施例7
与实施例6不同之处在于，如图1中的图(b)所示，所述第一通道3的延伸方向与所述具有异型气膜孔结构的材料的表面2夹角为15°，该具有异型气膜孔结构的材料1记为材料7-1#。材料7-2#、材料7-3#、材料7-4#与具有异型气膜孔结构的材料7-1#不同之处在于表4。
表4
实施例8
与实施例7不同之处在于，如图1中的图(b)所示，所述第一通道3在所述具有异型气膜孔结构的材料的表面2的直径或等效直径大于所述第一通道3在所述具有异型气膜孔结构的材料1内部的直径。
实施例9
与实施例8不同之处在于，如图1中的图(a)所示，所述异型气膜孔6的第一通道3在所述具有异型气膜孔结构的材料表面2的开口包括扩散端和收窄端，所述开口的宽度从所述扩散端到收窄端逐渐减小；所述收窄端到所述扩散端的方向，与所述第一通道3在所述具有异型气膜孔结构的材料表面2的投影到所述开口方向一致。
实施例10
与实施例9不同之处在于，如图1中的图(a)所示，所述扩散端具有延伸部，所述延伸部位于所述扩散端与所述第一通道3在所述具有异型气膜孔结构的材料表面2的投影的垂直方向的两侧，所述延伸部将所述开口方向与所述收窄端相反的方向延伸。
实施例11
与实施例10不同之处在于，如图1中的图(a)所示，所述第一通道3在所述具有异型气膜孔结构的材料表面2的开口，沿所述第一通道3在所述具有异型气膜孔结构的材料表面2的投影方向交错分布。
实施例12
与实施例11不同之处在于，所述第一通道3在所述具有异型气膜孔结构的材料表面2的开口，沿所述第一通道3在所述具有异型气膜孔结构的材料表面2的投影的垂直方向等间距分布，所述间距等于所述开口直径或等效直径的2倍。
实施例13
与实施例1不同之处在于，如图1中的图(b)所示，所述具有异型气膜孔结构的材料1包括表层4和下层7；所述第一通道3贯通所述表层4；所述第二通道5贯通所述下层7；所述表层4和所述下层7相连，所述表层4的第一通道3和所述下层7的第二通道5相通。H2为具有异型气膜孔结构的材料的表层的厚度；H1-H2为具有异型气膜孔结构的材料的下层的厚度。
实施例14
与实施例13不同之处在于，如图1中的图(b)所示，所述第二通道5垂直于所述下层7的表面。
实施例15
与实施例1不同之处在于，所述具有异型气膜孔结构的材料1的表面2为三维曲面。
实施例16
与实施例1不同之处在于，所述具有异型气膜孔的材料1具有探测结构。
实施例17
如图1或2所述的具有异型气膜孔结构的材料1的加工方法，包括步骤：
a)在待处理工件的一面打孔，得到具有第一通道3的工件；
b)在步骤a)得到的具有第一通道3的工件的另一面打孔，得到第二通道5，所述第二通道5与所述第一通道1相通；
所述步骤a)中的打孔方法为激光打孔。
所述步骤b)中所述第二通道5的打孔方法为激光。
实施例18
与实施例17不同之处在于，所述的制备具有异型气膜孔结构的材料1的所述步骤b)中所述第二通道5的打孔方法方式不同，其如表5所示，加工的材料分别记为材料18-1#、18-2#、18-3#。
表5
由于本申请的第二通道的打孔的方式不受限于激光方式，所以打孔深度不受激光加工深度能力的限制，所以可以实现本申请的第二通道的孔深度范围，且可实现本申请的具有异型气膜孔结构的材料的异型孔的深度范围。
实施例19
与实施例17不同之处在于，在所述第一通道3的表面开口处加工扩散结构。
实施例20
如图1或2所述的具有异型气膜孔结构的材料1的加工方法，包括步骤：
a1)在待处理工件的一面打孔，得到具有第二通道5的工件；
b1)在步骤a1)得到的具有第二通道5的工件的另一面打孔，得到第一通道3，所述第二通道5与所述第一通道3相通；
所述步骤b1)中的打孔方法为激光打孔，所述步骤a1)中所述第二通道5的打孔方法为机械。
实施例21
与实施例20不同之处在于，在所述第一通道3的表面开口处加工扩散结构。
实施例22
如图1或2所述的具有异型气膜孔结构的材料1的加工方法，包括步骤：
a2)在待处理工件I上激光加工通孔，得到具有第一通道3的工件I；
b2)在待处理工件II上加工通孔，得到具有第二通道5的工件II，所述工件II上的第二通道5的位置与所述工件I上的第一通道3的位置一一对应；
c)将所述工件I与所述工件II连接，得到工件III，所述第一通道3和所述第二通道5联通后构成所述工件III的通孔。
所述步骤b1)中所述第二通道5的打孔方法为超声。
实施例23
与实施例22不同之处在于，在所述第一通道3的表面开口处加工扩散结构。
实施例24
如图1或2所述的具有异型气膜孔结构的材料1的加工方法，包括步骤：
a3)在具有第二通道5的待处理工件的另一面打孔，得到第一通道3，所述第二通道5与所述第一通道3相通；
所述步骤a3)中的打孔方法为激光打孔。
所述具有第二通道5的待处理工件为用铸造或3D增材制造的具有第二通道5的待处理工件。根据计算机辅助设计(Computer Aided Design简称CAD)模型确定第一通道3与大第二通道5的相对位置。
实施例25
与实施例22不同之处在于，在所述第一通道3的表面开口处加工扩散结构。
实施例26
如图1或2所示，实施例1至16所述的具有异型气膜孔结构的材料1或根据实施例17至25所述的方法加工得到的具有异型气膜孔结构的材料1的结构都可以减重。
实施例1至16所述的具有异型气膜孔结构的材料1或根据实施例17至25所述的方法加工得到的具有异型气膜孔结构的材料1的结构中的异型气膜孔6可以方便地对具有异型气膜孔结构的材料1施加气膜效应，该材料1在温控(如冷却)、减阻方面有广泛的应用。由于所述的异型气膜孔6的结构，所以具有异型气膜孔结构的材料1在温控(如冷却)、减阻方面应用时，形成的气膜都形成远远大于异型气膜孔6在具有异型气膜孔的材料的表面2的最大开口处的面积，所以稀疏间隔的异型气膜孔的材料即可具有良好的冷却、减阻的效果。
具有异型气膜孔结构的材料1的温控方面的应用如用低温材料工作于高温环境，如铝合金承受远超出自身熔点的温度并可靠工作。
具有异型气膜孔结构的材料1的减阻方面的应用可以保证结构强度又使表面保持可控状态，不受外界环境干扰。
实施例27
实施例1至16中任一所述的具有异型气膜孔结构的材料1或根据实施例17或25所述的方法加工得到的具有异型气膜孔结构的材料1在大气中使用的交通工具中应用，所述的交通工具可以为汽车、火车、轮船等。
以实施例10所述的具有异型孔结构的材料1的异型气膜孔6为例说明具有异型气膜孔结构的材料1在交通工具的运动方向的前部时的减阻过程。所述异型气膜孔单孔气动仿真分析模型示意图如图3所示，用单个异型气膜孔气动仿真解释具有异型气膜孔结构材料的减阻原理。异型气膜孔气动仿真模型和结果(如图3所示)：气体从小孔喷出，y<0mm区域等效于固体表面光滑无气膜状态，y>5mm为复杂异型气膜孔的下游区域，长方形区域为仿真气流区，其中a为气膜孔前区，b为气膜孔下游临近区，c为气膜孔下游远区。
异型气膜孔气动仿真示意图如图4所示，气体从气膜孔210喷出，未产生气膜区域为“常规光滑表面大速度梯度”是指此处未形成气膜，此区域的速度梯度较已形成气膜表面为大。“气膜去表面小速度梯度”是指气膜孔210向车体表面吹气后，形成气膜，降低了车体表面的速度梯度，其速度梯度小于未形成气膜区。由Z轴坐标可见，“常规光滑表面大速度梯度”的速度梯度约为90.9。“气膜去表面小速度梯度”处的速度梯度约为75.8。远场，是指车体表面区域与气膜孔210的距离。。异型气膜孔的压力只要略微高出远场驻点压力(流场速度为零时的等效压力)，就可以形成贴附光滑固体表面的气膜层，降低具有异型气膜孔结构的材料的表面的阻力。
以上所述，仅是本申请的几个实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。

Claims (10)

1.一种具有异型气膜孔结构的材料，其特征在于，所述具有异型气膜孔结构的材料中，异型气膜孔深度大于等于5毫米和/或异型气膜孔深度大于等于所述异型气膜孔中至少一个位置的直径的10倍。
2.根据权利要求书1所述的具有异型气膜孔结构的材料，其特征在于，所述异型气膜孔深度为10毫米至1000毫米；和/或
所述异型气膜孔深度为所述异型气膜孔中至少一个位置的直径的10倍至10000倍；
优选的，所述异型气膜孔包括第一通道和第二通道；
所述第一通道与所述第二通道相通，所述第一通道和所述第二通道共同构成所述具有异型气膜孔结构的材料中的通孔；
优选的，所述具有异型气膜孔结构的材料的表面为三维曲面或平板；
优选的，所述材料包括金属材料、非金属材料、复合材料中的至少一种。
3.根据权利要求2所述的具有异型气膜孔结构的材料，其特征在于，所述第一通道的至少一个位置的直径小于或等于所述第二通道的至少一个位置的直径；
优选的，所述第一通道的直径小于或等于所述第二通道的直径；
优选的，所述第一通道的最小直径小于或等于所述第二通道的最小直径；
优选的，所述第一通道的至少一个位置的直径在0.25毫米至0.75毫米范围内；
所述第二通道的直径大于或等于1毫米；
在所述第一通道和所述第二通道贯通方向上，所述的具有异型气膜孔结构的材料厚度大于或等于10毫米；
优选的，所述第一通道的至少一个位置的直径在0.001毫米至0.25毫米的范围内；
所述第二通道的直径大于或等于1毫米；
在所述第一通道和所述第二通道贯通方向上，所述的具有异型气膜孔结构的材料厚度大于或等于所述第一通道的至少一个位置的直径的20倍；
优选的，所述第二通道为等孔径，或者所述第二通道至少包括两种不同孔径；和/或所述第二通道具备供气结构；
优选的，所述第一通道的延伸方向倾斜于所述具有异型气膜孔结构的材料的表面；
优选的，所述第一通道的延伸方向与所述具有异型气膜孔结构的材料的表面夹角为10°至60°；
优选的，所述第一通道的延伸方向与所述具有异型气膜孔结构的材料的表面夹角为25°至45°；
优选的，所述具有异型气膜孔结构的材料包括表层和下层；
所述第一通道贯通所述表层；
所述第二通道贯通所述下层；
所述表层和所述下层相连，所述表层的所述第一通道和所述下层的第二通道相通；
优选的，所述第二通道的直径在1毫米至100毫米范围内；
优选的，在所述第一通道和所述第二通道贯通方向上，所述的具有异型气膜孔结构的材料厚度在10毫米至10米的范围内；
优选的，在所述第一通道和第二通道贯通方向上，所述的具有异型气膜孔结构的材料厚度是所述第一通道的至少一个位置的直径的20倍至10000倍。
4.根据权利要求3所述的具有异型气膜孔结构的材料，其特征在于，所述第一通道在所述具有异型气膜孔结构的材料的表面的直径或等效直径大于所述第一通道在所述具有异型气膜孔结构的材料内部的直径；
优选的，所述第一通道在所述具有异型气膜孔结构的材料表面的开口包括扩散端和收窄端，所述开口的宽度从所述扩散端到收窄端逐渐减小；
所述收窄端到所述扩散端的方向，与所述第一通道在所述具有异型气膜孔结构的材料表面的投影到所述开口方向一致；
优选的，所述第一通道在所述具有异型气膜孔结构的材料表面的开口，沿所述第一通道在所述具有异型气膜孔结构的材料表面的投影方向交错分布；
优选的，所述第一通道在所述具有异型气膜孔结构的材料表面的开口，沿所述第一通道在所述具有异型气膜孔结构的材料表面的投影的垂直方向以一定间距分布，所述间距大于等于所述开口直径或等效直径的1～100倍；和/或
所述间距范围为0.01mm～100mm；
优选的，所述第二通道垂直于所述下层的表面；
优选的，所述表层和下层的材料相同或不同。
5.根据权利要求4所述的具有异型气膜孔结构的材料，其特征在于，所述扩散端具有延伸部，所述延伸部位于所述扩散端与所述第一通道在所述具有异型气膜孔结构的材料表面的投影的垂直方向的两侧，所述延伸部将所述开口方向与所述收窄端相反的方向延伸。
6.权利要求1至5中任一项所述的具有异型气膜孔结构的材料的加工方法，其特征在于，包括步骤：
a)在待处理工件的一面打孔，得到具有第一通道的工件；
b)在步骤a)得到的具有第一通道的工件的另一面打孔，得到第二通道，所述第二通道与所述第一通道相通；或
a1)在待处理工件的一面打孔，得到具有第二通道的工件；
b1)在步骤a1)得到的具有第二通道的工件的另一面打孔，得到第一通道，所述第二通道与所述第一通道相通；
所述步骤a)和步骤b1)中的打孔方法为激光打孔。
7.根据权利要求6所述的加工方法，其特征在于，步骤b)和步骤a1)中所述第二通道的打孔方法包括激光、机械、超声或电火花加工；
优选的，包括步骤：
a2)在待处理工件I上激光加工通孔，得到具有第一通道的工件I；
b2)在待处理工件II上加工通孔，得到具有第二通道的工件II，所述工件II上的第二通道的位置与所述工件I上的第一通道的位置一一对应；
c)将所述工件I与所述工件II连接，得到工件III，所述第一通道和所述第二通道联通后构成所述工件III的通孔；
优选的，包括步骤：
a3)在具有第二通道的待处理工件的第二通道的另一面打孔，得到第一通道，所述第二通道与所述第一通道相通；
所述步骤a3)中的打孔方法为激光打孔。
8.根据权利要求6至7任一项所述的加工方法，其特征在于，在所述第一通道的表面开口处加工扩散结构。
9.权利要求1至5中任一项所述的具有异型气膜孔结构的材料中的至少一种或根据权利要求6至8任一项所述的方法加工得到的具有异型气膜孔结构的材料中的至少一种用于温控、减阻或减重。
10.一种流体中使用的交通工具，其特征在于，所述交通工具在运动方向的前部包括权利要求1至5中任一项所述的具有异型气膜孔结构的材料中的至少一种或根据权利要求6至8任一项所述的方法加工得到的具有异型气膜孔结构的材料中的至少一种。
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