本發(fā)明屬于機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種飛機(jī)機(jī)翼轉(zhuǎn)捩延遲方法。

背景技術(shù)：

現(xiàn)代民用飛機(jī)設(shè)計(jì)需要滿足“四性”，即安全性、經(jīng)濟(jì)型、舒適性和環(huán)保性。在歐美國家該領(lǐng)域已經(jīng)具有絕對優(yōu)勢、國際競爭非常激烈、市場準(zhǔn)入門檻很高的形勢下開展大型客機(jī)工程，要求我們重視基礎(chǔ)研究，建立雄厚的科研實(shí)力和長遠(yuǎn)的技術(shù)儲備，形成自主創(chuàng)新和可持續(xù)發(fā)展能力。

飛機(jī)的阻力直接決定了飛機(jī)的經(jīng)濟(jì)性和排放。減阻與經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性密切相關(guān)，其中經(jīng)濟(jì)性是決定航空公司飛機(jī)選購的主要因素，而環(huán)保性可能成為未來航空市場的準(zhǔn)入條件。大型客機(jī)飛行時(shí)的流場是決定飛機(jī)的氣動性能的重要因素。層流層流轉(zhuǎn)捩為紊流是由于附面層失穩(wěn)和擾動的進(jìn)一步增長，而附面層不穩(wěn)定性起源于增長或衰減的小的速度擾動，小速度擾動的增長導(dǎo)致大的振幅，非線性性質(zhì)，并最終使流動從層流轉(zhuǎn)捩為紊流。在線性不分離的情況下，流體的能量消耗于臨界區(qū)域的剪切運(yùn)動，在分離的情況下，則有更大部分的能量還散失于脫邊分離后的漩渦運(yùn)動。

飛機(jī)表面流場種層流和湍流的分布起著比較重要的作用。例如，大型客機(jī)飛行的流場阻力包括摩擦阻力、誘導(dǎo)阻力和激波阻力等，盡可能延遲轉(zhuǎn)捩的發(fā)生，即擴(kuò)大模型表面上層流流動的區(qū)域，減小湍流浸潤面積，是流動控制減小摩擦阻力的有效手段。又如，湍流區(qū)域的減小，會使得湍流激勵噪聲也將隨之降低。這些例子均說明了層流/湍流的分布對于飛機(jī)的氣動性能的關(guān)鍵作用，同時(shí)也說明了飛機(jī)機(jī)翼延遲轉(zhuǎn)捩技術(shù)的迫切的需求。

目前，常規(guī)的飛機(jī)的設(shè)計(jì)已經(jīng)處在瓶頸階段，先進(jìn)的理論和方法正在給大型客機(jī)的研制帶來深刻的變革和進(jìn)步，為提高民用飛機(jī)“四性”，歐美等國已開展了一系列的前瞻性研究。歐洲在其民用航空2020遠(yuǎn)景規(guī)劃中提出了所謂“綠色飛機(jī)挑戰(zhàn)”，主要目標(biāo)包括：在2020年將NO_X排放減少80％，CO₂排量減少50％(燃油消耗減半)，事故概率減半，飛機(jī)可感受噪音減半(將機(jī)場邊界處的噪聲降低到65dB) ，航空運(yùn)行周轉(zhuǎn)效率大幅提高。NASA在1994~2001年實(shí)施了先進(jìn)亞音速飛機(jī)技術(shù)(AST)研究計(jì)劃后，在2001年又啟動了安靜飛機(jī)技術(shù)(QAT)研究計(jì)劃，計(jì)劃較1997年的水平進(jìn)一步降低飛機(jī)噪聲5dB，未來目標(biāo)是在25年內(nèi)降低20dB。

為了使我國能盡快形成有國際競爭力的大型客機(jī)產(chǎn)業(yè)，非常有必要加強(qiáng)相關(guān)基礎(chǔ)科學(xué)問題的研究，夯實(shí)大型客機(jī)研制的基礎(chǔ)，開展新型研究方法，構(gòu)建自主創(chuàng)新能力，在核心技術(shù)上實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，服務(wù)現(xiàn)實(shí)和未來航空的需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種設(shè)計(jì)方便、操作簡單的飛機(jī)機(jī)翼延遲轉(zhuǎn)捩方法，以提高民用飛機(jī)的性能。

本發(fā)明提供的飛機(jī)機(jī)翼減阻延遲轉(zhuǎn)捩方法，是基于一種微納米涂層的，即設(shè)計(jì)一種滿足特定要求的低表面能的微納米涂層材料，并將其涂覆在飛機(jī)機(jī)翼表面，以推遲邊界層的轉(zhuǎn)捩。

本發(fā)明設(shè)計(jì)的微納米涂層在微觀上具有較低的表面能，與流體的相互作用力弱，涂層表面的流體與涂層的相互結(jié)合不緊密，表面的流體介質(zhì)有從物體壁面剝離的趨勢，從而使得物體表面的流體流速不為零，即擁有一個滑移速度。低表面能微納米涂層的存在使得緊貼物體壁面處的流體流速將不等于零，同時(shí)邊界壁面上的速度梯度減小，從而減小邊界壁面上的剪切應(yīng)力，即減小摩擦阻力系數(shù)。正是由于邊界面上的速度梯度減小，如圖1所示，推遲了邊界層的轉(zhuǎn)捩。附面層層流狀態(tài)更穩(wěn)定，使流態(tài)轉(zhuǎn)換的臨界雷諾數(shù)相應(yīng)增大，層流邊界層厚度增加。微結(jié)構(gòu)功能性涂層通過光、電、熱、機(jī)械、化學(xué)等方式發(fā)生能量的相互作用和轉(zhuǎn)換，可以獲得一些特殊的性能。低表面能微納米涂層使得湍流轉(zhuǎn)捩點(diǎn)后移。

本發(fā)明建立的基于微納米涂層的飛機(jī)機(jī)翼延遲轉(zhuǎn)捩方法，如圖2所示，具體步驟包括：

1、低表面能微納米涂層材料的設(shè)計(jì)

本發(fā)明研究了多種低表面能微納米涂層對附面層流動的影響，根據(jù)不同設(shè)計(jì)需求，采用數(shù)值和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的手段考察多種微納米涂層材料的化學(xué)及力學(xué)性能，提取影響氣動性能的涂層關(guān)鍵參數(shù)；綜合分析影響氣動性能的涂層各種關(guān)鍵參數(shù)，建立氣動特性與微納米涂層參數(shù)之間的對應(yīng)關(guān)系，如圖3所示；然后采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，建立微納米涂層的反設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)出滿足要求的微納米涂層。

反設(shè)計(jì)方法，即一種“所需即所得”，能夠直接根據(jù)給定的氣動性能要求得到符合要求的微納米涂料的相關(guān)制備參數(shù)。通過應(yīng)用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，當(dāng)微納米涂層反設(shè)計(jì)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練完成之后，在網(wǎng)絡(luò)的輸入端輸入所要求的翼型/機(jī)翼氣動性能參數(shù)，此時(shí)輸出端的結(jié)果就是所需要的對應(yīng)所要求的氣動性能參數(shù)的飛機(jī)表面微納米涂層的涂料參數(shù)，這些參數(shù)決定了微納米涂層的性能。

低表面能微納米材料結(jié)構(gòu)的形態(tài)、均勻分布以及持久性附著都對制備工藝提出了很高的要求，本發(fā)明結(jié)合不同低表面能微納米涂層的力學(xué)及化學(xué)性能，綜合考察各種制備工藝的特點(diǎn)，提出采用噴涂、刷涂、輥涂、光刻、UV固化、蝕刻、3D打印、機(jī)械加工等方法中的一種或幾種，制備所設(shè)計(jì)的微納米涂層結(jié)構(gòu)，并將其裝配于飛機(jī)機(jī)翼模型表面，以供試驗(yàn)驗(yàn)證所用。

2、低表面能微納米涂層材料的制備

本發(fā)明設(shè)計(jì)的低表面能微納米涂層材料，包含：（a）至少一種具有疏水特性的微納結(jié)構(gòu)復(fù)合微球，（b）至少一種涂膜接觸角大于90度的基體樹脂，（c）非必須溶劑，（ d ）非必須粉體，（e）非必須助劑。以低表面能微納米涂層材料的總量計(jì)，各組分重量配比為：微納結(jié)構(gòu)復(fù)合微球1-90%，基體樹脂10~99%，溶劑0~89%份，粉體0~50%，助劑0~20%，總量滿足100%。

本發(fā)明所述低表面能微納米涂層材料，是將各組分原料通過簡單物理混合方法、原位乳液聚合法、原位溶液聚合法、原位縮合聚合法、原位加成聚合法中的一種或幾種，在0-300℃反應(yīng)10分鐘-100小時(shí)制備得到。

本發(fā)明所述低表面能微納米涂層材料，可以是水性涂層材料、溶劑型涂層材料、粉末涂層材料、光固化涂層材料、濕固化涂層材料、無溶劑涂層材料中的一種或幾種。

本發(fā)明中，所述的微納結(jié)構(gòu)復(fù)合微球，是通過化學(xué)鍵合作用、氫鍵作用、酸堿作用、正負(fù)電荷吸引作用將粒徑為1-500納米的納米微球吸附在粒徑為1-500微米的微米微球表面獲得的納米-微米復(fù)合結(jié)構(gòu)微球，納米微球均勻吸附在微米微球表面，微球表面具有疏水特性。

本發(fā)明中，所述的納米微球和微米微球可以為有機(jī)聚合物微球或無機(jī)微球。

本發(fā)明中，所述的基體樹脂為涂膜接觸角大于90度的醇酸樹脂、環(huán)氧樹脂、丙烯酸酯樹脂、聚氨酯樹脂、有機(jī)硅樹脂、有機(jī)氟樹脂、氨基樹脂、聚酯樹脂、有機(jī)硅-無機(jī)硅樹脂中的一種或幾種。具體可選自醇酸樹脂、聚酯改性醇酸樹脂、有機(jī)硅改性醇酸樹脂、環(huán)氧改性醇酸樹脂、雙酚A環(huán)氧樹脂、脂肪族縮水甘油醚樹脂、氫化雙酚A環(huán)氧樹脂、脂環(huán)族環(huán)氧樹脂、苯乙烯-丙烯酸酯樹脂、純丙烯酸酯樹脂、有機(jī)硅改性丙烯酸酯樹脂、聚酯改性丙烯酸酯樹脂、丙烯酸酯-聚氨酯樹脂、丙烯酸酯-氨基樹脂、濕固化聚氨酯樹脂、有機(jī)硅樹脂-聚氨酯樹脂、含氫硅油-含雙鍵有機(jī)硅樹脂、氟碳樹脂、有機(jī)硅改性氟碳樹脂、不飽和聚酯樹脂、聚酯-聚氨酯樹脂、聚有機(jī)硅氧烷樹脂、聚倍半硅氧烷樹脂等中的一種或幾種。

本發(fā)明中，所述的溶劑為涂料制備中常用溶劑，如水、苯類溶劑、酯類溶劑、醇類溶劑、酮類溶劑、醇醚類溶劑等中的一種或幾種。具體可選自水、乙醇、異丙醇、丙二醇、丁醇、1,4-丁二醇、1,3-丁二醇、苯、甲苯、二甲苯、醋酸丁酯、醋酸乙脂、醋酸戊脂、丙酮、丁酮、2-戊酮、乙二醇甲醚、乙二醇乙醚、乙二醇丁醚、二乙二醇甲醚、三乙二醇丁醚、丙二醇丁醚、丙二醇甲醚、二丙二醇甲醚、乙二醇甲醚醋酸酯、乙二醇乙醚醋酸酯、乙二醇丁醚醋酸酯、二乙二醇甲醚醋酸酯、三乙二醇丁醚醋酸酯、丙二醇丁醚醋酸酯、丙二醇甲醚醋酸酯、二丙二醇甲醚醋酸酯等中的一種或幾種。

本發(fā)明中，所述的粉體為涂料制備過程中常用無機(jī)粉體，如非金屬氧化物、金屬氧化物、不溶性無機(jī)鹽等粉一種或幾種。具體可選自鈦白粉、硫酸鋇、氧化鋅、碳黑、氧化鐵紅、氧化鐵黃、碳酸鈣、滑石粉、高嶺土、沉淀硫酸鋇、硅酸鋁、硅微粉、凹凸棒土、沉淀白炭黑、氣相白炭黑等中的一種或幾種。

所述的粉體可以是經(jīng)過表面疏水改性或未改性無機(jī)粉體。

本發(fā)明中，所述的助劑為涂料制備過程中常用助劑，如表面活性劑、引發(fā)劑、分散劑、潤濕劑、增稠劑、流平劑、消泡劑、防縮孔劑、防流掛劑、防閃銹劑、UV光吸收劑、耐老化劑、熱穩(wěn)定劑等中的一種或幾種。

本發(fā)明中，所述微納結(jié)構(gòu)復(fù)合微球，其中的納米微球粒徑為1-500納米，優(yōu)選粒徑為1-100納米。

本發(fā)明中，所述的納米微球可以為有機(jī)聚合物微球，如有機(jī)硅納米微球、有機(jī)氟納米微球、聚氨酯納米微球、聚烯烴納米微球、聚碳酸酯納米微球、聚酯納米微球、聚丙烯酸酯納米微球等，可選用其中的一種或幾種。

本發(fā)明中，所述的納米微球進(jìn)一步可以為聚二甲基硅氧烷納米微球、聚有機(jī)硅倍半氧烷納米微球、聚四氟乙烯納米微球、聚偏氟乙烯納米微球、聚氨酯納米微球、聚對苯二甲酸丁二酯納米微球、聚碳酸酯納米微球、聚甲醛納米微球、聚乙烯納米微球、聚丙烯納米微球、丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物納米微球、聚甲基丙烯酸甲酯納米微球、聚甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯納米微球、聚甲基丙烯酸甲酯-聚丙烯酸丁酯納米微球、聚苯乙烯納米微球、聚氯乙烯納米微球等，可選用其中的一種或幾種。

本發(fā)明中，所述的納米微球可以為無機(jī)納米微球，如無機(jī)納米氧化物微球、無機(jī)納米氫氧化物微球、無機(jī)納米磷酸鹽微球、無機(jī)納米硫酸鹽微球等，可選用其中的一種或幾種。

本發(fā)明中，所述的納米微球進(jìn)一步可以為納米二氧化硅、納米三氧化二鋁、納米氧化鈰、納米氧化銥、納米氧化鋯、納米氧化鈦、納米氧化鉬、納米氫氧化鋇、納米氫氧化鈣、納米磷酸二氫鋁、納米硫酸氫鋁等，可選用其中的一種或幾種。

本發(fā)明中，所述的微米微球粒徑為1-500微米，優(yōu)選粒徑為1-100微米。

本發(fā)明中，所述的微米微球可以為有機(jī)聚合物微球或無機(jī)微球，如微米有機(jī)硅微球、有微米機(jī)氟微球、微米聚氨酯微球、微米聚烯烴微球、微米聚碳酸酯微球、微米聚酯微球、微米聚丙烯酸酯微球，可選用其中的一種或幾種。

本發(fā)明中，所述的微米微球進(jìn)一步可以為微米聚二甲基硅氧烷微球、微米聚有機(jī)硅倍半氧烷微球、微米聚四氟乙烯微球、微米聚偏氟乙烯微球、微米聚氨酯微球、微米聚對苯二甲酸丁二酯微球、微米聚碳酸酯微球、微米聚甲醛微球、微米聚乙烯微球、微米聚丙烯微球、微米丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物微球、微米聚對苯二甲酸丁二酯微球、微米聚甲基丙烯酸甲酯微球、微米聚甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯微球、微米聚甲基丙烯酸甲酯-聚丙烯酸丁酯微球、微米聚苯乙烯微球、微米聚氯乙烯微球等，可選用其中的一種或幾種。

本發(fā)明中，所述的微米微球可以為無機(jī)微米氧化物微球、無機(jī)微米氫氧化物微球、無機(jī)微米磷酸鹽微球、無機(jī)微米硫酸鹽微球等，可選用其中的一種或幾種。

本發(fā)明中，所述的微米微球進(jìn)一步可以為微米二氧化硅、微米三氧化二鋁、微米氧化鈰、微米氧化銥、微米氧化鋯、微米氧化鈦、微米氧化鉬、微米氫氧化鋇、微米氫氧化鈣、微米磷酸二氫鋁、微米硫酸氫鋁等，可選用其中的一種或幾種。

本發(fā)明所述的低表面能微納米涂層材料的制備方法，具體步驟如下：

按組分重量配比稱量微納結(jié)構(gòu)復(fù)合微球、基體樹脂、溶劑、粉體、助劑，在0℃-100℃下攪拌10分鐘-100小時(shí)，得到低表面能微納米涂層材料。

優(yōu)選的，本發(fā)明所述的低表面能微納米涂層材料的制備方法，具體步驟如下：

（1）按組分重量配比稱量微納結(jié)構(gòu)復(fù)合微球、基體樹脂用單體、水、自由基引發(fā)劑、表面活性劑，在0℃-100℃下采用原位乳液聚合方法反應(yīng)1-100小時(shí)，得到微納結(jié)構(gòu)復(fù)合微球/基體樹脂復(fù)合乳液；

（2）將步驟（1）得到的微納結(jié)構(gòu)復(fù)合微球/基體樹脂復(fù)合乳液、粉體、助劑，在0℃-100℃下攪拌10分鐘-1小時(shí)，得到低表面能微納米涂層材料。

優(yōu)選的，本發(fā)明所述的低表面能微納米涂層材料的制備方法，具體步驟如下：

（1）按組分重量配比稱量微納結(jié)構(gòu)復(fù)合微球、基體樹脂用單體、有機(jī)溶劑、自由基引發(fā)劑，在0℃-200℃下采用原位溶液聚合方法反應(yīng)1-100小時(shí)，得到微納結(jié)構(gòu)復(fù)合微球/基體樹脂復(fù)合樹脂；

（2）將步驟（1）得到的微納結(jié)構(gòu)復(fù)合微球/基體樹脂復(fù)合乳液、粉體、助劑，在0℃-100℃下攪拌10分鐘-1小時(shí)，得到低表面能微納米涂層材料；

優(yōu)選的，本發(fā)明所述的低表面能微納米涂層材料的制備方法，具體步驟如下：

（1）按組分重量配比稱量微納結(jié)構(gòu)復(fù)合微球、基體樹脂用單體、有機(jī)溶劑、催化劑，在0℃-300℃下采用原位加成聚合方法反應(yīng)1-100小時(shí)，得到微納結(jié)構(gòu)復(fù)合微球/基體樹脂復(fù)合樹脂；

（2）將步驟（1）得到的微納結(jié)構(gòu)復(fù)合微球/基體樹脂復(fù)合樹脂乳液、粉體、助劑，在0℃-100℃下攪拌10分鐘-1小時(shí)，得到低表面能微納米涂層材料；

上述低表面能微納米涂層材料的制備過程中沒有提及但可能涉及的其它工藝條件，可以同常規(guī)的低表面能微納米涂層材料的制備條件。

除非另有指明，本文中使用的所有百分比和比率均以重量計(jì)。

3、低表面能微納米涂層的涂裝

本發(fā)明所述低表面能微納米涂層材料，通過控制微納結(jié)構(gòu)復(fù)合微球和基體樹脂的種類、表面功能基團(tuán)的疏水特性、微納結(jié)構(gòu)復(fù)合微球和基體樹脂的比例、涂覆工藝，可以方便控制涂層的表面形貌和低表面能特性。

本發(fā)明所述低表面能微納米涂層材料，采用噴涂、刷涂、輥涂、光刻、UV固化、蝕刻、3D打印、機(jī)械加工等方法中的一種或幾種，涂覆在飛機(jī)機(jī)翼表面，在0-100℃干燥固化，獲得具有溝槽結(jié)構(gòu)、溝槽寬度為1微米-1毫米、溝槽高度為1微米-1毫米的低表面能微納米涂層，起到減阻、降噪、防冰等作用。

4、飛機(jī)機(jī)翼延遲轉(zhuǎn)捩的試驗(yàn)驗(yàn)證

本發(fā)明將所制備的微納米涂層裝配于飛機(jī)機(jī)翼風(fēng)洞模型表面，采用風(fēng)洞試驗(yàn)的手段，與原始飛機(jī)機(jī)翼風(fēng)洞模型對比，驗(yàn)證所設(shè)計(jì)微納米涂層的延遲轉(zhuǎn)捩發(fā)生的效果。

在飛機(jī)機(jī)翼表面應(yīng)用微納米涂層，影響飛機(jī)表面邊界層流動，推遲邊界層轉(zhuǎn)捩的發(fā)生，擴(kuò)大層流區(qū)域。

由于邊界層轉(zhuǎn)捩對微弱擾動非常敏感，為了不破壞模型表面的微納米涂層結(jié)構(gòu)，本發(fā)明采用非接觸式的紅外熱成像技術(shù)，在不同工況下，驗(yàn)證裝配微納米涂層后模型表面邊界層轉(zhuǎn)捩推遲的現(xiàn)象以及阻力減小的現(xiàn)象。采用粒子圖像測速（PIV）技術(shù)，測量裝配微納米涂層前后周圍流場中流動結(jié)構(gòu)的變化。將得到的類似圖8的熱圖文件進(jìn)行降噪、裁剪等前處理，其中降噪基于SVD算法，得到無噪的熱圖圖像，然后將圖像裁剪，截取干凈表面和帶涂層表面的有效熱圖區(qū)域，最終得到熱圖文件。計(jì)算熱圖序列的溫度脈動場，得到一張類似圖9的溫度脈動均方根分布圖像；結(jié)合熱圖中溫度曲線峰值以及均方根峰值，可判定轉(zhuǎn)捩位置，分析微納米涂層對流場的影響及其對氣動阻力產(chǎn)生影響的流動機(jī)理。

附圖說明

圖1是邊界層轉(zhuǎn)捩推遲示意圖。

圖2是基于微納米涂層的飛機(jī)機(jī)翼延遲轉(zhuǎn)捩設(shè)計(jì)示意圖。

圖3是人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型示意圖。

圖4是本發(fā)明制備的一種低表面能微納米涂層材料的表面和截面掃描電鏡（SEM）照片。其中，（a）為涂層表面整體形貌SEM照片；（b）為涂層表面局部形貌SEM照片，顯示涂層表面含有微納結(jié)構(gòu)復(fù)合微球；（c）為涂層截面掃描電鏡SEM照片，顯示涂層具有溝槽結(jié)構(gòu)。

圖5 是微納米涂層材料的接觸角（144°）示意圖。

圖6 是微納米涂層的三維光學(xué)照片，顯示涂層具有溝槽結(jié)構(gòu)。

圖7是通過本發(fā)明方法制備的納米二氧化硅/聚甲基丙烯酸甲酯微納結(jié)構(gòu)復(fù)合微球的掃描電鏡（SEM）照片，圖中顯示復(fù)合微球的結(jié)構(gòu)為草莓型微米-納米結(jié)構(gòu)。其中，（a）顯示微納結(jié)構(gòu)復(fù)合微球?yàn)榧{米微球包覆在微米微球表面，（b）顯示微納結(jié)構(gòu)復(fù)合微球表面的納米微球緊密附著在微米微球表面。

圖8 是典型的熱圖文件，上半部分為干凈表面熱圖，下半部分為帶涂層表面熱圖，左側(cè)為前緣，來流方向從左向右。

圖9 是典型的利用統(tǒng)計(jì)分析方法得到的轉(zhuǎn)捩位置示意圖。

具體實(shí)施方式

下列實(shí)施例進(jìn)一步描述和證明了本發(fā)明范圍內(nèi)的優(yōu)選實(shí)施方案。所給的這些實(shí)施例僅僅是說明性的，不可理解為是對本發(fā)明的限制。

本發(fā)明提出的基于微納米涂層的飛機(jī)機(jī)翼延遲轉(zhuǎn)捩設(shè)計(jì)技術(shù)如圖2所示，具體實(shí)施方式是：

1、低表面能微納米涂層的材料的設(shè)計(jì)

本發(fā)明根據(jù)不同設(shè)計(jì)需求，采用數(shù)值和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的手段考察多種微納米涂層材料的化學(xué)及力學(xué)性能，研究多種低表面能微納米涂層應(yīng)用后對邊界層流動的影響，提取影響氣動性能的涂層關(guān)鍵參數(shù)；綜合分析影響氣動性能的涂層各種關(guān)鍵參數(shù)，建立氣動特性與微納米涂層參數(shù)之間的對應(yīng)關(guān)系，采用基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的反設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)出滿足要求的微納米涂層。

實(shí)施例1，如圖3所示，首先通過多次實(shí)驗(yàn)累積許多涂料參數(shù)-氣動參數(shù)的數(shù)據(jù)對，應(yīng)用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，以獲得涂料參數(shù)數(shù)據(jù)和氣動參數(shù)數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系。在這數(shù)據(jù)聯(lián)系完成了之后，可以應(yīng)用反設(shè)計(jì)方法，通過輸入所需要的的氣動參數(shù)，來獲得對應(yīng)的涂料的參數(shù)。例如，我們設(shè)定氣動參數(shù)轉(zhuǎn)捩位置，通過應(yīng)用訓(xùn)練好了的反設(shè)計(jì)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，我們獲得了包括溝槽高度、自清潔材料含量、功能涂料的寬度等一系列涂料參數(shù)。這樣將在確保足夠的準(zhǔn)確的基礎(chǔ)上大大加快涂層設(shè)計(jì)的效率。

2、低表面能微納米涂層材料的制備

實(shí)施例2：

通過分散聚合方法制備粒徑為20微米的單分散帶正電荷的聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）微球，水分散液稀釋至固含量為10%，然后加入5%的粒徑為50納米硅氧烷改性硅溶膠(SiO₂)，在80 ℃下攪拌20小時(shí)，分離、洗滌，將產(chǎn)物在70 ℃烘箱中烘干100小時(shí)。即可得到草莓型疏水性PMMA/SiO₂微納結(jié)構(gòu)復(fù)合微球。

將5克草莓型PMMA/SiO₂微納結(jié)構(gòu)復(fù)合微球、10克甲基丙烯酸甲酯（MMA）、5克丙烯酸正丁酯（BA）、2克丙烯酸（AA）、4克乙烯基硅氧烷單體、0.5克偶氮二異丁腈（AIBN）、74克醋酸丁酯混合，混合物在500mL四頸瓶中70-80℃反應(yīng)24小時(shí)，制備得到低表面能微納米涂層材料，采用3D打印的方式涂布于鋁板表面，于70-80℃烘干，即可得到具有溝槽結(jié)構(gòu)的低表面能微納米涂層。涂層水接觸角為160°。

實(shí)施例3：

稱取40g粒徑為50微米的表面帶有羥基的聚二甲基硅氧烷微球（PDMS），60克水、1g粒徑為10納米、表面帶有烷氧基的聚二甲基硅氧烷微球（PDMS），在50 ℃下攪拌100小時(shí)，分離、洗滌，將產(chǎn)物在50℃真空烘箱中烘24小時(shí)。即可得到疏水性PDMS/PDMS微納結(jié)構(gòu)復(fù)合微球。

將50克PDMS/PDMS微納結(jié)構(gòu)復(fù)合微球、10克有機(jī)硅改性氟樹脂、4克鈦白粉、3克高嶺土、3克硫酸鋇、20克丙二醇丁醚醋酸酯、10克丙酮、0.1克消泡劑、0.2克分散劑、0.7克二甲基硅油，在常溫下攪拌2小時(shí)，制備得到低表面能微納米涂層材料，采用輥涂的方法，即可得到具有溝槽結(jié)構(gòu)的低表面能微納米涂層。涂層水接觸角為144°。

實(shí)施例4：

稱取粒徑為200微米的玻璃微球，采用氫氟酸刻蝕方法，使玻璃微球表面帶有羧基基團(tuán)，將70g改性玻璃微球、10克表面含有胺基的納米二氧化鈦（TiO₂）、20克水，在常溫?cái)嚢?0小時(shí)，分離、洗滌，將產(chǎn)物在常溫放置2天，即可得到疏水性TiO₂/玻璃微珠微納結(jié)構(gòu)復(fù)合微球。

將70克TiO₂/玻璃微珠微納結(jié)構(gòu)復(fù)合微球、20克紫外固化（UV）丙烯酸酯-聚氨酯樹脂、10克紫外固化（UV）聚酯-聚氨酯樹脂，在40℃攪拌20分鐘，制備得到低表面能微納米涂層材料，采用紫外固化（UV）、刻蝕的方法，即可得到具有溝槽結(jié)構(gòu)的低表面能微納米涂層。涂層水接觸角為120°。

3、低表面能微納米涂層的涂裝

將上述實(shí)施例所制備的低表面能微納米涂層材料，通過噴涂、刷涂、輥涂、光刻、UV固化、蝕刻、3D打印、機(jī)械加工等方法中的一種或幾種，涂覆在飛機(jī)機(jī)翼表面，在0-100℃干燥固化，獲得具有溝槽結(jié)構(gòu)、溝槽寬度為1微米-1毫米、溝槽高度為1微米-1毫米的低表面能微納米涂層。

4、飛機(jī)機(jī)翼延遲轉(zhuǎn)捩的試驗(yàn)驗(yàn)證

本發(fā)明將所制備的微納米涂層裝配于飛機(jī)機(jī)翼風(fēng)洞模型表面，采用風(fēng)洞試驗(yàn)的手段，與原始飛機(jī)機(jī)翼風(fēng)洞模型對比，驗(yàn)證所設(shè)計(jì)微納米涂層的飛機(jī)機(jī)翼延遲轉(zhuǎn)捩的效果。

由于邊界層轉(zhuǎn)捩對微弱擾動非常敏感，為了不破壞模型表面的微納米涂層結(jié)構(gòu)，本發(fā)明采用非接觸式的紅外熱成像技術(shù)，在不同工況下，驗(yàn)證裝配微納米涂層后模型表面邊界層轉(zhuǎn)捩推遲的現(xiàn)象以及阻力減小的現(xiàn)象。采用粒子圖像測速（PIV）技術(shù)，測量裝配微納米涂層前后周圍流場中流動結(jié)構(gòu)的變化。得到的類似圖8的熱圖文件進(jìn)行降噪、裁剪等前處理，其中降噪基于SVD算法，得到無噪的熱圖圖像，然后將圖像裁剪，截取干凈表面和帶涂層表面的有效熱圖區(qū)域，最終得到熱圖文件。計(jì)算熱圖序列的溫度脈動場，得到一張類似圖9的溫度脈動均方根分布圖像；結(jié)合熱圖中溫度曲線峰值以及均方根峰值，可判定轉(zhuǎn)捩位置（溫度脈動均方根分布圖像的最大顯著峰值對應(yīng)著轉(zhuǎn)捩發(fā)生的位置），分析微納米涂層對流場的影響及其對氣動阻力產(chǎn)生影響的流動機(jī)理。

實(shí)施例5：

見圖9，上方為處理后的溫度分布場，下方為溫度擾動均方根分布場。上方的上半部分是裸露無功能涂層的NACA23012翼型的表面層流轉(zhuǎn)捩的情況，下半部分是施加帶有自清潔材料的、帶有溝槽的微納米功能涂料的NACA23012翼型的表面層流轉(zhuǎn)捩的情況，結(jié)合分析溫度脈動均方根的圖像的兩個的峰值的位置，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)捩推遲了大約8%弦長，可以說達(dá)到了延遲表面轉(zhuǎn)捩的目的。