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仿生非光滑减阻表面的设计制造及减阻技术的若干研究的中期报告
本报告旨在介绍仿生非光滑减阻表面的设计制造及减阻技术的中期研究进展。首先给出研究背景和意义，然后介绍已有的相关研究成果，接着介绍本研究的设计思路和方法，再详细介绍制造过程和实验测试结果，最后给出下一步研究计划。
1.研究背景和意义
随着人们对气动性能的需求越来越高，传统的光滑表面已经不能满足要求，而仿生非光滑减阻表面便成为了一种新兴的优化性能的方式。这种表面模仿自然界中某些动物或植物表面的形态，经过科学设计和制造加工后能够显著降低流体的阻力，从而提高运动效率，减少能耗，降低排放等。在航空、船舶、汽车、风力等领域有着广泛的应用前景。
2.已有的相关研究成果
已有的相关研究成果，主要集中在仿生表面的设计、制造、减阻效果和应用方面。仿生表面的设计包括基于生物表面形态的理论研究和基于计算机仿真的数值模拟，可以得到合理的形态参数。仿生表面的制造包括微纳米光刻、激光加工、放电加工等多种方法，其中激光加工是一种高精度、高效率的制造技术，应用较为广泛。仿生表面的减阻效果可以通过试验测试和数值模拟得到，例如在水中的减阻率可达到15%以上。目前仿生非光滑表面已经应用于风力发电叶片、飞行器表面、船舶水下部件等领域。
3.设计思路和方法
本研究的设计思路是利用多级分形结构和渐进宽度结构设计出合适的表面形态，首先通过计算机仿真得到表面形态参数，然后采用激光直写技术制造模型，最后进行实验测试验证效果。其中多级分形结构是指在原有的基础形态上加上分形纹理，使表面更具有层次感和复杂度；渐进宽度结构是指将纹理的宽度或深度随纵向分布渐进变化，以增强湍流效应和边界层混合能力。
4.制造过程和实验测试结果
制造过程中，先在光刻片上进行设计和加工，然后通过激光直写将模型转移到基板上，最后进行微纳米级别的表面处理和清洁。实验测试中，采用涡流测速仪对流场进行测量，得到棱形柱和六边形柱两种形态表面在不同雷诺数下的实验结果，并与光滑壁面对比。结果显示，多级分形和渐进宽度结构能够显著降低壁面阻力，特别是在雷诺数较高时效果更加明显。
5.下一步研究计划
下一步研究计划主要包括优化表面形态参数、完善制造技术、进一步研究减阻机理、扩大应用范围等方面。同时还将结合数值模拟方法对实验结果进行验证和分析，探究多级分形和渐进宽度结构对边界层混合和湍流发展的影响，加深对仿生非光滑表面减阻机理的认识。
6.总结
本研究介绍了仿生非光滑减阻表面的设计制造及减阻技术的中期研究进展，包括研究背景和意义、已有的相关研究成果、设计思路和方法、制造过程和实验测试结果以及下一步研究计划。通过本研究的实验测试，证明了多级分形和渐进宽度结构在减小壁面阻力方面具有显著的效果，对仿生非光滑表面的发展和应用具有一定的指导意义。