一种波纹形减阻功能表面微结构的制作方法

本发明涉及表面微结构，尤其涉及一种波纹形减阻功能表面微结构。

背景技术：

1、水下航行体作为海洋勘探、运输、搜救等活动的重要载体，在海洋经济建设和海洋国防中发挥着重要作用。水下航行体在行进时受到的压差阻力和摩擦阻力会严重影响航行速度，其带来的能量消耗不仅制约了航程，也限制了水下航行体负载能力与机动性。为了实现降低压差阻力和摩擦阻力对航行器航行速度的影响，除了对水下航行体形状进行优化，还需要对摩擦阻力进行有效的控制。

2、有效降低表面摩擦阻力的方法主要有沟槽微结构、超疏水微纳结构、微气泡等。沟槽微结构是特征尺寸在1～100微米量级、具有特定功能的微小拓扑形状，如微沟槽阵列、微坑阵列、微金字塔阵列结构等。这些微结构通常分布于10～1000毫米量级的跨尺度机械表面上，能够改变零件表面摩擦、润滑、粘附、耐磨性及流体力学性能等物理特性，从而显著提高机械产品和功能零部件的功能特性，包括：运行效率、能耗、润滑密封、工作噪声、节材轻量化、使役寿命等。

3、中国专利cn115258033a公开了一种微沟槽仿生减阻结构及其制备方法，结合了沟槽微结构与微气泡的减阻方案。中国专利cn116714712b公开了一种减阻功能表面的微结构及其成型方法，其通过超精密加工技术在基底表面加工微沟槽。目前的微沟槽结构受超精密加工技术的影响多采用简单的直线或者弧线延伸结构，导致经过微结构表面的流质的流动方向需要与微沟槽结构的延伸方向一致才能发挥其减阻功能，因而如何对微结构在减阻功能表面上的纹路布局进行设计就成为了研究亟待解决的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提出了一种波纹形减阻功能表面微结构，用于解决目前的微沟槽结构受超精密加工技术的影响多采用简单的直线或者弧线延伸结构，导致经过微结构表面的流质的流动方向需要与微沟槽结构的延伸方向一致才能发挥其减阻功能，需要对微结构在减阻功能表面上的纹路布局进行设计的问题。

2、本发明的技术方案是这样实现的：本发明提供了一种波纹形减阻功能表面微结构，包括基体，其上布设有若干凹槽；其中，若干凹槽沿一预设方向布设成行，若干行凹槽沿预设方向的垂直方向布设，凹槽由相对于预设方向的垂直方向镜像对称的两个槽段相连通组成，且组成同一凹槽的两个槽段的相邻端部对接相连通，槽段两端的延伸方向相交叉，位于同一行的相邻两个凹槽的相邻两个槽段交叉设置且相互连通。

3、在以上技术方案的基础上，优选的，设同一行的若干槽段的序号依次为1至n，设若干行凹槽的序号依次为1至m；位于同一行的偶数序号的槽段与至少一个奇数序号的槽段交叉设置且相互连通。

4、更进一步优选的，相邻两个凹槽之间留有间隙；位于同一行的偶数序号的槽段只与相邻奇数序号的槽段交叉设置且相互连通，位于同一行的第n个槽段的端部与第n+3个槽段的端部对接相连通。

5、更进一步优选的，间隙的宽度不大于槽段沿预设方向布设时形成纹理的宽度。

6、更进一步优选的，位于同一行的第n个槽段同时与第n+1个槽段及第n+3个槽段相交叉，第m行的第n个槽段的端部连通至第m+1行的第n+2个槽段上，或者第m行的第n个槽段的端部连通至第m+1行的第n-2个槽段上。

7、更进一步优选的，位于同一行的偶数序号的槽段只与相邻奇数序号的槽段交叉设置且相互连通，第m行的第n个槽段的端部、第m行的第n+3个槽段的端部、第m+1行的第n+1个槽段的端部及第m+1行的第n+2个槽段的端部对接相连通。

8、在以上技术方案的基础上，优选的，槽段包括至少一个弧线段及至少一个直线段，组成同一凹槽的两个槽段通过两个弧线段对接相连通，直线段连通在弧线段的另一端。

9、在以上技术方案的基础上，优选的，凹槽的径向断面形状的底部宽度小于顶部宽度。

10、更进一步优选的，凹槽的两侧斜边与水平面的夹角范围为5度至80度。

11、更进一步优选的，凹槽的深度范围不大于1mm。

12、本发明的一种波纹形减阻功能表面微结构相对于现有技术具有以下有益效果：

13、(1)本发明在基体表面上纵横设置若干凹槽且各凹槽为两个槽段镜像对称组成的结构，由于槽段的两端延伸方向相交叉，使基体表面上形成类似于鱼鳞状的纹路，使形成的纹路结构针对不同流体方向一致具有良好减阻能力。

14、(2)本发明的槽段可以由弧线段与直线段组成，大幅扩大了构成单个凹槽的形状类型，使组成凹槽的槽段并不限于单弧形。

15、(3)本发明的凹槽径向断面形状为底窄顶宽的结构且限定其加工深度，表明凹槽可以采用成型刀具通过铣削手段进行加工制造，能够大幅提高微结构的成型效率，降低成型工艺难度。

技术特征：

1.一种波纹形减阻功能表面微结构，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种波纹形减阻功能表面微结构，其特征在于：设同一行的若干所述槽段(102)的序号依次为1至n，设若干行所述凹槽(101)的序号依次为1至m；

3.根据权利要求2所述的一种波纹形减阻功能表面微结构，其特征在于：相邻两个所述凹槽(101)之间留有间隙(103)；

4.根据权利要求3所述的一种波纹形减阻功能表面微结构，其特征在于：所述间隙(103)的宽度不大于槽段(102)沿预设方向布设时形成纹路的宽度。

5.根据权利要求2所述的一种波纹形减阻功能表面微结构，其特征在于：位于同一行的第n个所述槽段(102)同时与第n+1个槽段(102)及第n+3个槽段(102)相交叉，第m行的第n个所述槽段(102)的端部连通至第m+1行的第n+2个槽段(102)上，或者第m行的第n个所述槽段(102)的端部连通至第m+1行的第n-2个槽段(102)上。

6.根据权利要求2所述的一种波纹形减阻功能表面微结构，其特征在于：位于同一行的偶数序号的所述槽段(102)只与相邻奇数序号的槽段(102)交叉设置且相互连通，第m行的第n个所述槽段(102)的端部、第m行的第n+3个槽段(102)的端部、第m+1行的第n+1个槽段(102)的端部及第m+1行的第n+2个槽段(102)的端部对接相连通。

7.根据权利要求1所述的一种波纹形减阻功能表面微结构，其特征在于：所述槽段(102)包括至少一个弧线段(104)及至少一个直线段(105)，组成同一所述凹槽(101)的两个槽段(102)通过两个弧线段(104)对接相连通，所述直线段(105)连通在弧线段(104)的另一端。

8.根据权利要求1所述的一种波纹形减阻功能表面微结构，其特征在于：所述凹槽(101)的径向断面形状的底部宽度小于顶部宽度。

9.根据权利要求8所述的一种波纹形减阻功能表面微结构，其特征在于：所述凹槽(101)的两侧斜边与水平面的夹角范围为5度至80度。

10.根据权利要求8所述的一种波纹形减阻功能表面微结构，其特征在于：所述凹槽(101)的深度范围不大于1mm。

技术总结本发明提出了一种波纹形减阻功能表面微结构，属于微结构领域，包括基体上布设有若干凹槽；若干凹槽沿一预设方向布设成行，若干行凹槽沿预设方向的垂直方向布设，凹槽由相对于预设方向的垂直方向镜像对称的两个槽段相连通组成，且组成同一凹槽的两个槽段的相邻端部对接相连通，槽段两端的延伸方向相交叉，位于同一行的相邻两个凹槽的相邻两个槽段交叉设置且相互连通；在基体表面上纵横设置若干凹槽且各凹槽为两个槽段镜像对称组成的结构，由于槽段的两端延伸方向相交叉，使基体表面上形成类似于鱼鳞状的纹路，使形成的纹路结构针对不同流体方向一致具有良好减阻能力。技术研发人员：吴涛,吴佳峰,徐子祁,吴刚,胡旭,夏兴隆,黄贻苍受保护的技术使用者：中国船舶集团有限公司第七一九研究所技术研发日：技术公布日：2024/7/11