南京航空航天大學(xué)機(jī)電學(xué)院 張 臣 史桂林

透平機(jī)械在航空、航天、能源、交通、化工和石油等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。葉片是航空發(fā)動(dòng)機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)、風(fēng)機(jī)等透平機(jī)械的關(guān)鍵零件，其氣動(dòng)減阻性能直接影響這類(lèi)產(chǎn)品的工作性能。為了提高葉片的氣動(dòng)減阻性能，國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家學(xué)者對(duì)葉片的優(yōu)化設(shè)計(jì)方面作了大量的研究工作，從葉片結(jié)構(gòu)優(yōu)化、葉片表面織構(gòu)設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行了大量的探索，試圖從設(shè)計(jì)源頭改善透平機(jī)械的氣動(dòng)減阻性能。根據(jù)理論推算，將航行器阻力減少10%，在能源和航速不變的條件下，航程可以增加11.1%[1]；同時(shí)，計(jì)算表明，如果摩擦阻力下降 30%，則航行體燃油消耗可降低 50%左右[2]。在各種減阻技術(shù)中，利用微納制造技術(shù)制備的仿生微結(jié)構(gòu)表面有突出的減阻效果，這種具有仿生微納織構(gòu)的設(shè)計(jì)可應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片等需要減阻的領(lǐng)域中，通過(guò)特殊的表面織構(gòu)獲得減阻等特殊功能和性能，提高產(chǎn)品的功能和性能[3]。表面微織構(gòu)往往具有更小的摩擦阻力，進(jìn)行合理的微織構(gòu)設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)顯著的減阻降磨效果。本文從葉片結(jié)構(gòu)優(yōu)化與葉片表面織構(gòu)方面分析了減阻設(shè)計(jì)技術(shù)的研究現(xiàn)狀，討論了仿生減阻織構(gòu)及其在民用透平機(jī)械中葉片表面設(shè)計(jì)的織構(gòu)減阻機(jī)理；針對(duì)廣泛應(yīng)用

的典型脊?fàn)畋砻婵棙?gòu)，分析了脊?fàn)畋砻婵棙?gòu)的設(shè)計(jì)、試驗(yàn)驗(yàn)證和數(shù)值模擬方法，探討了航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片表面應(yīng)用減阻織構(gòu)設(shè)計(jì)的可行性，并分析了微織構(gòu)加工的研究現(xiàn)狀及采用超聲橢圓振動(dòng)輔助葉片銑削和微織構(gòu)加工的方法。

葉片減阻設(shè)計(jì)

葉片減阻設(shè)計(jì)主要包括葉片結(jié)構(gòu)優(yōu)化減阻和葉片表面織構(gòu)減阻設(shè)計(jì)。葉片結(jié)構(gòu)優(yōu)化減阻主要是通過(guò)優(yōu)化葉片結(jié)構(gòu)獲得較優(yōu)的氣動(dòng)減阻性能，葉片表面織構(gòu)減阻則通過(guò)在光滑的葉片表面加工微觀織構(gòu)增加葉片的氣動(dòng)減阻性能。下面分別從上述兩個(gè)方面簡(jiǎn)述葉片減阻設(shè)計(jì)的研究現(xiàn)狀。

1 葉片結(jié)構(gòu)優(yōu)化減阻設(shè)計(jì)

葉片作為透平機(jī)械的重要部件，在民用的燃?xì)廨啓C(jī)、風(fēng)機(jī)以及航空發(fā)動(dòng)機(jī)中具有廣泛的應(yīng)用，其氣動(dòng)外形特征對(duì)熱能利用效率的高低有很大影響，因而葉片的氣動(dòng)外形的優(yōu)化在透平機(jī)械設(shè)計(jì)與制造中占有相當(dāng)重要的地位[4]。文獻(xiàn)[5]對(duì)葉片優(yōu)化設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了探索，氣動(dòng)模型采用片條理論計(jì)算葉片的氣動(dòng)性能，優(yōu)化算法選用精度高、收斂快的遺傳算法，建立優(yōu)化目標(biāo)后能夠較快地獲取葉片的最優(yōu)氣動(dòng)布局。通常葉片設(shè)計(jì)中首先考慮的就是動(dòng)能利用系數(shù)CP值的大小，它是動(dòng)力輸出與輸入的比值，其大小決定了熱能轉(zhuǎn)換動(dòng)能的能力。所以葉片優(yōu)化的指導(dǎo)思想，就是以得到最大的CP值為目標(biāo)，再計(jì)算相對(duì)應(yīng)的弦長(zhǎng)C和扭角θ。由理論推導(dǎo)公式得知，葉片各個(gè)截面的扭角θ和弦長(zhǎng)C與葉尖損失系數(shù)F和干擾因子a、b有關(guān)聯(lián)。一般葉片結(jié)構(gòu)優(yōu)化采用的方法主要有：基于氣動(dòng)外形參數(shù)的優(yōu)化方法、基于傳統(tǒng)Wilson的優(yōu)化方法和基于遺傳算法的優(yōu)化方法。

基于氣動(dòng)外形參數(shù)的優(yōu)化方法主要從葉尖速比λ0、速度比λ、翼型選取和升阻比等參數(shù)方面對(duì)葉片結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。通常情況下，用這種優(yōu)化方法設(shè)計(jì)出的葉片若是在額定狀況下運(yùn)行，其出力效果好，而且阻力比較小，從而可以選取與最佳升阻比CL/CD和雷諾數(shù)Re相近的攻角以及升阻系數(shù)CL和CD。但是通常的設(shè)計(jì)中首先會(huì)選定一個(gè)攻角α，忽略雷諾數(shù)對(duì)翼型氣動(dòng)性能的影響，在一定程度上化繁為簡(jiǎn)，減少計(jì)算量，同樣可以達(dá)到預(yù)定的精度要求[6-10]。

Wilson理論在國(guó)內(nèi)是一種比較常用的設(shè)計(jì)方法，該方法在Glauert理論基礎(chǔ)上做了一些改進(jìn)，添加了非設(shè)計(jì)工況下葉片性能的研究方法。在Glauert理論基礎(chǔ)上，應(yīng)用葉尖損失因子F，在動(dòng)量方程中對(duì)推力修正，從而可以得出葉尖損失對(duì)切向和軸向速度誘導(dǎo)因子的影響。在諸多對(duì)葉片進(jìn)行設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)方法中，Wilson方法應(yīng)用最為廣泛，該方法所設(shè)計(jì)的葉片在各個(gè)葉片截面能獲得較大的功率系數(shù)，曾被一度認(rèn)為是最佳的葉片設(shè)計(jì)方法。然而這種設(shè)計(jì)方法也有一定的局限性，忽略了一些重要問(wèn)題。首先，它是以翼型升阻比最大處選取的攻角為設(shè)計(jì)攻角，實(shí)際葉片的最佳設(shè)計(jì)攻角并不是該對(duì)應(yīng)翼型最大升阻比下的攻角，并且攻角確定后就無(wú)法改變，這樣就不能通過(guò)葉片失速來(lái)限制航空發(fā)動(dòng)機(jī)的功率。其次，Wilson方法在設(shè)計(jì)過(guò)程中不考慮翼型阻力，這樣與葉片的實(shí)際運(yùn)行情況不符，使得設(shè)計(jì)結(jié)果偏離最優(yōu)值。最后，該方法并沒(méi)有約束各截面之間的關(guān)系，設(shè)計(jì)出的弦長(zhǎng)和扭角變化過(guò)大，需要進(jìn)行再修正，往往修正后葉片已偏離設(shè)計(jì)最優(yōu)點(diǎn)，難以控制其設(shè)計(jì)效果。為此，文獻(xiàn)[6]針對(duì)上述傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中存在的不足，綜合考慮葉片各個(gè)截面翼型的氣動(dòng)特性，結(jié)合Wilson理論和遺傳算法，采用基于MATLAB的遺傳算法工具箱，以風(fēng)能利用系數(shù)最大為目標(biāo)，對(duì)風(fēng)機(jī)葉片弦長(zhǎng)C和扭角θ等參數(shù)進(jìn)行最優(yōu)搜索，即以Wilson理論為基礎(chǔ)對(duì)葉片進(jìn)行初步設(shè)計(jì)，再利用遺傳算法對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化再設(shè)計(jì)。

2 葉片表面織構(gòu)減阻設(shè)計(jì)

在追求科技進(jìn)步的過(guò)程中，人們往往通過(guò)大自然獲得靈感，并取得了理想的效果。生物經(jīng)過(guò)億萬(wàn)年的進(jìn)化，形成了適應(yīng)自身環(huán)境的體表結(jié)構(gòu)。許多動(dòng)物的體表呈現(xiàn)棱紋形、凸包形和凹坑形等形態(tài)，而且這些凸、凹不平的體表結(jié)構(gòu)具有很強(qiáng)的防粘降阻功能，這便為仿生非光滑表面在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用提供了可能性。在水中游動(dòng)的魚(yú)類(lèi)或在空氣中飛行的鳥(niǎo)類(lèi)具有低阻力和低噪聲特性，研究發(fā)現(xiàn)，這種特性與體表的形態(tài)密切相關(guān)，由此衍生出了針對(duì)氣動(dòng)減阻的仿生表面織構(gòu)設(shè)計(jì)方法。1978年，美國(guó)國(guó)家航空航天局（National Aeronautics and Space Administration，NASA）的Walsh首先對(duì)非光滑表面湍流減阻技術(shù)展開(kāi)了研究[11-13]。在隨后的幾十年里，國(guó)內(nèi)外多名學(xué)者都對(duì)湍流減阻技術(shù)進(jìn)行了廣泛研究，并得到了豐碩成果，如旋成體仿生非光滑表面減阻和仿生機(jī)翼減阻等，其中許多成果已在船舶、航空及軍事等領(lǐng)域得到了應(yīng)用[14-17]。

張學(xué)鵬[18]基于流體生物柔軟體表的低阻低噪特性，通過(guò)風(fēng)洞試驗(yàn)探索了仿生柔性表面的減阻降噪性能，并針對(duì)電子器件冷卻風(fēng)扇葉片表面減阻降噪試驗(yàn)進(jìn)行研究。近年來(lái)，應(yīng)用仿生技術(shù)改善風(fēng)機(jī)氣動(dòng)性能成為最有效的途徑之一[19]。華欣[20]運(yùn)用仿生思想，從形態(tài)和結(jié)構(gòu)等因素著手，對(duì)海鷗翅翼氣動(dòng)性能進(jìn)行了分析，將海鷗翅翼的優(yōu)良翼型與構(gòu)型和風(fēng)力機(jī)葉片的設(shè)計(jì)相結(jié)合，設(shè)計(jì)出仿生葉片，驗(yàn)證了仿生葉片的氣動(dòng)性能較標(biāo)準(zhǔn)葉片的氣動(dòng)性能有所提高。劉慶萍[21]依據(jù)某些生物體表非光滑結(jié)構(gòu)，對(duì)軸流風(fēng)機(jī)葉片進(jìn)行表面仿生改形，在葉片表面或邊緣設(shè)置凸包形、條紋形或鋸齒形的表面微觀織構(gòu)，進(jìn)行葉片減阻降噪的研究，試驗(yàn)驗(yàn)證了葉片表面微織構(gòu)的制造可以有效達(dá)到降低風(fēng)機(jī)噪聲的效果。表面微織構(gòu)溝槽減阻降噪有很好的可靠性和應(yīng)用性，國(guó)外已將研究拓展到工程實(shí)用階段。在NACA0012 翼型、CAST7 翼型、ADA-S1 翼型等機(jī)翼表面部分區(qū)域布置溝槽面，在不同馬赫數(shù)和攻角范圍內(nèi)得到了6%～16%的減阻效果。

表面織構(gòu)減阻機(jī)理分析

1 仿生織構(gòu)減阻及其機(jī)理

經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期進(jìn)化，自然界中很多生物表面獲得了如減阻、強(qiáng)黏附、抗磨等功能，而這些功能主要來(lái)自于其表面特殊的微納幾何結(jié)構(gòu)和材料，生物體表微觀尺度和納觀尺度的復(fù)合粗糙形態(tài)將進(jìn)一步增強(qiáng)減阻、強(qiáng)黏附、抗磨等功能，并可應(yīng)用于常規(guī)機(jī)械加工表面中發(fā)揮特殊的功能。通過(guò)這些附加的不同形貌、不同尺度、不同維數(shù)的織構(gòu)影響表面的功能和性能，將具備低阻力性能的典型生物的體表形態(tài)特征應(yīng)用到實(shí)際工程上，使實(shí)際工程應(yīng)用具有類(lèi)似的減阻特性。

鯊魚(yú)是海洋中游泳速度最快的生物之一，皮膚表面沒(méi)有附著任何海洋生物，擁有極佳的減阻能力。掃描電鏡觀察表明，鯊魚(yú)表皮排布著一層細(xì)小的盾鱗，鱗片為規(guī)則的齒狀，中間齒長(zhǎng)，兩邊齒短，齒尖均朝向鯊魚(yú)尾部方向，相鄰鱗片之間有重疊部位，鱗片排列緊致，如圖1 所示[22]。德國(guó)科學(xué)家Ball[23]通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，鱗片上存在溝槽形形貌，也被稱(chēng)作肋條樣表面，具有典型的冠狀結(jié)構(gòu)，其幾何單元可簡(jiǎn)化為由肋條和溝槽構(gòu)成，肋條呈V 形，溝槽則呈U形。DEAN等[24]基于鯊魚(yú)表皮微結(jié)構(gòu)制備出相應(yīng)的仿生溝槽結(jié)構(gòu)，被證實(shí)可以減小接近10%的摩擦阻力。WALSH 和WEINSTEIN等人[25]早期研究已經(jīng)證實(shí)，在湍流狀態(tài)下，順流向的溝槽表面對(duì)降低水流阻力具有重要作用，它會(huì)優(yōu)化鯊魚(yú)游動(dòng)時(shí)皮膚表面紊流邊界層中原有的結(jié)構(gòu)和速度分布，抑制并延緩?fù)牧鞯陌l(fā)生，變湍流流動(dòng)為層流流動(dòng)。

圖1 鯊魚(yú)表皮的微觀結(jié)構(gòu)

楊弘煒等[26]仿生中華鱘表皮的凹坑結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了一種具有菱形排列的凹坑點(diǎn)陣織構(gòu)，通過(guò)風(fēng)洞試驗(yàn)測(cè)得的減阻率為22%。田麗梅[27]在旋成體表面分別設(shè)計(jì)了凹坑織構(gòu)、凸包織構(gòu)和棱紋織構(gòu)，然后進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)，測(cè)得的減阻率為11.12%。座頭鯨頭部和鰭狀肢上都分布有一層凸包結(jié)構(gòu)，可以改善周?chē)黧w的流動(dòng)特性，減小阻力。SIROVICH等[28]試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，隨機(jī)凸起織構(gòu)的阻力系數(shù)比光滑表面要低10%。BECHERT等[29]設(shè)計(jì)了4種類(lèi)型的溝槽表面在油洞中進(jìn)行高精度測(cè)試，通過(guò)比較發(fā)現(xiàn)V形溝槽減阻效果最好，最大能減阻10%。BEANNAN等[30]在圓柱體表面布置一層凹坑織構(gòu)，在雷諾數(shù)為40000～300000范圍內(nèi)進(jìn)行阻力試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)凹坑直徑為圓坑直徑的0.009 倍時(shí)具有減阻效果。Lim等[31]對(duì)表面鋪設(shè)了一層凹環(huán)表面織構(gòu)的圓柱體并進(jìn)行了風(fēng)洞試驗(yàn)，獲得了9%的減阻效果。

直到20世紀(jì)60年代中期，人們普遍的認(rèn)知是，物體表面越光滑，受到的摩擦阻力越小。減小表面摩擦的途徑，就是減小表面粗糙度。但是后來(lái)大量的試驗(yàn)證明，這種理論只適用于物體的低速運(yùn)動(dòng)，當(dāng)物體處于高速運(yùn)動(dòng)時(shí)，物體表面的湍流邊界層中紊亂的壓力和速度分布會(huì)增大流體與表面之間的摩擦阻力，這并不符合表面越光滑，阻力越小的理論[22]。理論與實(shí)際中的研究發(fā)現(xiàn)都證明，非光滑表面對(duì)減阻具有一定的作用，織構(gòu)表面的減阻機(jī)理在于通過(guò)表面結(jié)構(gòu)的改變來(lái)破壞流場(chǎng)中的湍流渦結(jié)構(gòu)，干擾湍流大渦的形成，抑制湍流發(fā)生，以達(dá)到減少能量耗散和摩擦阻力的目的。通過(guò)將非光滑表面的織構(gòu)布置于航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片翼型表面，以此來(lái)減少流體在葉片表面的摩擦損失，同時(shí)控制流體的湍流、減小流體在葉輪流道內(nèi)產(chǎn)生的能量損耗，可以提高葉片的減阻效果，提升航空發(fā)動(dòng)機(jī)整體氣動(dòng)減阻性能。為了提高葉片實(shí)際運(yùn)行性能，除了對(duì)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行改型優(yōu)化外，尋求一種利用織構(gòu)減阻技術(shù)減小葉片流動(dòng)損失，提高葉片氣動(dòng)性能的方法對(duì)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排具有重要意義。目前能用于葉片表面的典型仿生織構(gòu)包括：脊?fàn)畋砻婵棙?gòu)、菱形排列的凹坑點(diǎn)陣織構(gòu)、凸包表面織構(gòu)等，脊?fàn)畋砻婵棙?gòu)根據(jù)肋條和溝槽的形式又分為不同種類(lèi)。

2 脊?fàn)畋砻鏈p阻織構(gòu)分析與設(shè)計(jì)

脊?fàn)畋砻婵棙?gòu)是目前在減阻領(lǐng)域應(yīng)用較多、效果較明顯的一種非光滑表面，早期的脊?fàn)畋砻鏈p阻研究多使用試驗(yàn)方法，對(duì)不同雷諾數(shù)下和不同形狀的脊?fàn)畋砻娴臏p阻情況進(jìn)行測(cè)量和研究[32-33]。 1984 年，WALSH[34]及其團(tuán)隊(duì)對(duì)不同形狀的平板表面溝槽的脊?fàn)畋砻鏈p阻特性進(jìn)行了深入研究，研究表明三角形截面的鋸齒形溝槽（即V 形溝槽）有最佳減阻效果，溝槽截面形狀和尺寸如圖2 所示，并且證實(shí)其高度h和間距s的無(wú)量綱尺寸h+≤25、s+≤30有溝槽減阻特性，當(dāng)s+=h+=15時(shí)，減阻效果最佳，減阻量約為8%。

圖2 溝槽截面形狀

隨后的幾十年里，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)溝槽減阻技術(shù)進(jìn)行了廣泛的研究，研究對(duì)象也由早期的平板表面擴(kuò)展到了旋成體、彎曲表面和圓截面管道等，并得到了豐碩的研究成果。張成春[15]等通過(guò)風(fēng)洞試驗(yàn)分析了布置于旋成體后部凹環(huán)對(duì)其表面阻力的影響，分析表明凹環(huán)內(nèi)的反向渦產(chǎn)生的渦墊效應(yīng)和推動(dòng)效應(yīng)是阻力減小的主要原因。BECHERT[16]等使用一種測(cè)量阻力精度較高的油管對(duì)各種形狀脊?fàn)畋砻娴臏p阻效果進(jìn)行了研究，結(jié)果表明V形脊?fàn)畋砻鏈p阻效果最好，最大減阻量可達(dá)到10%。宮武旗[35]等在兩種雷諾數(shù)下測(cè)得脊?fàn)畋诿嫦鄬?duì)于光滑壁面減阻量分別為7.43%和6.20%。多位學(xué)者的風(fēng)洞阻力測(cè)量試驗(yàn)均表明，銳利的槽峰具有減阻效應(yīng)，且V形溝槽的減阻效果優(yōu)于矩形、梯形和凹半圓形。但由于脊?fàn)罱Y(jié)構(gòu)的相對(duì)尺寸較小，同時(shí)受測(cè)量?jī)x器精度的影響，準(zhǔn)確測(cè)量其表面流動(dòng)情況是非常困難的。

隨著計(jì)算流體力學(xué)的發(fā)展，許多學(xué)者利用數(shù)值模擬軟件對(duì)脊?fàn)畋砻婵棙?gòu)的減阻特性進(jìn)行研究。吳正人等[36]利用Fluent 軟件，對(duì)G4-73 型離心風(fēng)機(jī)翼型葉片脊?fàn)畋砻娴臏p阻特性進(jìn)行了數(shù)值模擬研究，并分析了其減阻效果及減阻機(jī)理。結(jié)果表明：脊?fàn)罱Y(jié)構(gòu)在風(fēng)機(jī)翼型表面具有較好的減阻效果，脊?fàn)罱Y(jié)構(gòu)尺寸s=0.1mm時(shí)的減阻效果較好，最大減阻率為9.65%。脊?fàn)罱Y(jié)構(gòu)溝槽內(nèi)部形成的穩(wěn)定的二次渦，能顯著減小黏性阻力。相比于光滑表面，脊?fàn)罱Y(jié)構(gòu)表面總體剪切應(yīng)力明顯減小，反映了翼型表面脊?fàn)罱Y(jié)構(gòu)的減阻效果。

圖3 多尺度表面織構(gòu)

葉片表面減阻織構(gòu)設(shè)計(jì)與制造

通過(guò)不同形狀織構(gòu)、不同大小織構(gòu)，按照一定分布規(guī)則，可形成單一表面織構(gòu)、多尺度表面織構(gòu)和復(fù)合表面織構(gòu)3種。單一表面織構(gòu)是具有相同尺度與相同形狀的織構(gòu)按預(yù)定排列形成的確定性表面；多尺度表面織構(gòu)是指不同大小的相同形狀織構(gòu)按預(yù)定排列形成的確定性表面；復(fù)合表面織構(gòu)是不同形狀織構(gòu)按預(yù)定排列形成的確定性表面。

圖4 復(fù)合表面織構(gòu)

圖5 不同織構(gòu)不同排列形式的葉片

圖3和圖4所示為確定性多尺度表面織構(gòu)和確定性復(fù)合表面織構(gòu)示意圖[37]。通過(guò)前面脊?fàn)畋砻婵棙?gòu)減阻分析可知：（1）脊?fàn)畋砻婵棙?gòu)具有減阻效果；（2）不同的織構(gòu)形狀、織構(gòu)排列形式和織構(gòu)大小所形成的織構(gòu)表面具有不同的減阻率；（3）一般二元復(fù)合的織構(gòu)具有更優(yōu)的減阻效果[2]。民用葉片脊?fàn)畋砻婵棙?gòu)或溝槽表面織構(gòu)的應(yīng)用表明，葉片表面織構(gòu)的應(yīng)用有助于獲得更優(yōu)的氣動(dòng)減阻效果，單一織構(gòu)、復(fù)合織構(gòu)、織構(gòu)形狀、尺度大小、表面分布形式對(duì)葉片氣動(dòng)減阻效果均有影響[37]。受仿生微納結(jié)構(gòu)減阻和民用葉片表面減阻織構(gòu)應(yīng)用的啟示，也可在航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片表面設(shè)計(jì)仿生微納織構(gòu)改善航空發(fā)動(dòng)機(jī)的減阻性能?；诓煌砻婵棙?gòu)的減阻性能，將具有最優(yōu)減阻性能織構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)用到航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片表面，提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)整體氣動(dòng)減阻性能。筆者針對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片表面織構(gòu)減阻技術(shù)進(jìn)行了研究，設(shè)計(jì)了圖5所示的葉片表面織構(gòu)。針對(duì)圖5所示的三角形截面形狀、矩形截面形狀織構(gòu)不同排列情況下葉片進(jìn)行減阻性能分析，通過(guò)fluent軟件進(jìn)行分析，大體獲得減阻率在3%～5%之間。通過(guò)對(duì)織構(gòu)尺度大小與葉片尺度大小的調(diào)整，可進(jìn)一步獲得更優(yōu)的減阻率。

適用于微織構(gòu)的制造技術(shù)主要包括高能束制造技術(shù)（激光束、電子束、離子束）、特種能場(chǎng)制造技術(shù)（微波、超聲加工、電火花）、光刻加工技術(shù)、超精密金剛石切削加工等以及用于批量化復(fù)制的納米壓印技術(shù)。超精密金剛石切削技術(shù)可以加工復(fù)雜的微納織構(gòu)，相比其他配置方法具有靈活的自由度，在表面粗糙度、形狀精度控制以及加工效率方面具有優(yōu)勢(shì)。通過(guò)在金剛石切削加工中應(yīng)用快刀伺服技術(shù)可有效在平面或圓柱面上進(jìn)行微織構(gòu)的加工，有效改善加工表面的形狀精度，并能在脆性材料或光學(xué)組件表面生成功能織構(gòu)。結(jié)合超聲橢圓振動(dòng)，可進(jìn)一步在黑色金屬表面進(jìn)行微織構(gòu)的金剛石切削加工，為在各類(lèi)材料的航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片表面微織構(gòu)的制造提供了可行的制造方法。航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片一般具有壁薄、扭曲度大的制造工藝特點(diǎn)，根據(jù)設(shè)計(jì)的表面減阻織構(gòu)，對(duì)于其表面微織構(gòu)的制造，可以采用超聲橢圓振動(dòng)輔助銑削葉片的同時(shí)生成葉片表面微織構(gòu)，實(shí)現(xiàn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片表面織構(gòu)的配置。

結(jié)束語(yǔ)

航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片的設(shè)計(jì)與制造技術(shù)直接影響著發(fā)動(dòng)機(jī)性能。隨著科技的發(fā)展，空心葉片的問(wèn)世、葉片涂層技術(shù)的成熟、葉片表面織構(gòu)技術(shù)的完善，發(fā)動(dòng)機(jī)要有更好的性能，很大程度上依賴(lài)葉片技術(shù)的成熟。

本文針對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片減阻技術(shù)，主要從葉片結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)與葉片表面織構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)分析了航空發(fā)動(dòng)機(jī)減阻技術(shù)的現(xiàn)狀，著重討論了表面織構(gòu)減阻機(jī)理和仿生的葉片表面織構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)對(duì)于航空發(fā)動(dòng)機(jī)減阻性能的影響及其減阻機(jī)理，通過(guò)仿生織構(gòu)的特征，應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片表面織構(gòu)設(shè)計(jì)中。對(duì)于今后的研究重點(diǎn)，有以下幾點(diǎn)展望：

（1）葉片結(jié)構(gòu)優(yōu)化減阻與葉片表面織構(gòu)減阻設(shè)計(jì)相結(jié)合，發(fā)揮協(xié)同減阻作用，有利于最大化提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)氣動(dòng)減阻性能。

（2）借鑒和發(fā)揮復(fù)合表面織構(gòu)的作用，在葉片表面設(shè)計(jì)可高效制造的復(fù)合織構(gòu)，增加葉片綜合減阻效果。

（3）加強(qiáng)對(duì)復(fù)合織構(gòu)減阻機(jī)理的研究，進(jìn)行結(jié)合葉片加工工藝的葉片表面織構(gòu)加工策略和方法研究。

（4）拓展織構(gòu)減阻設(shè)計(jì)到航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片表面后的減阻機(jī)理和制造工藝的研究。

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