191 / 2020-09-20 16:32:30

砂带磨削不同仿生结构表面气动性能的研究

砂带磨削、仿生肋状结构、减阻

航空发动机的制造往往集成了制造加工业最高水平，其制造过程更像是工业制造艺术的呈现。随着科学技术发展，仿生表面的加工与减阻机理研究逐渐进入研究人员的视野。研究表明仿生表面在流体减阻方面具有良好表现，将仿生减阻表面应用于航空发动机叶片制造加工，对提高航空发动机气流动力性有十分重大的意义。

目前，仿生表面加工主要依靠激光加工和电化学加工方法。虽然仿生结构成型效果较为理想，但加工效率低，加工成本高。砂带磨削具有磨抛质量好，加工效率高，加工成本低，适应于复杂曲面磨抛工艺需求的特点。故本文结合砂带磨削工艺与仿生表面加工要求，提出一种高气流动力性仿生表面砂带磨削方法，将仿生表面应用于磨抛的实际加工中。本文主要研究内容如下：

① 进行了高气流动力性仿生表面砂带磨削评价实验。本文采用砂带磨削，根据仿生肋状结构（BRS）的减阻特性，提出利用不同的砂带和工艺方式实现肋状结构的加工；然后对不同肋状结构(V形、梯形和波形)在叶片上的进行了加工和研究，并对砂带磨削方法进行了验证。

② 建立符合砂带磨削加工特性的仿生表面表征模型。从第二涡群减阻理论和突出高度理论解释流体壁面减阻原理进行剖析。根据砂带磨削加工特性建立了“V型”、“梯形型”和“波浪型”三种仿生肋状结构参数化模型，表征肋状结构的高度和夹角。

③ 进行具有仿生肋状结构表面模型的气流动力性能仿真分析。研究发现，随着顶角的增大，BRS附近的低速层逐渐减小，其壁剪切应力也增加；无论是哪种BRS，当肋状尖端角度为45º，其拥有最佳性能。计算结果表明了从谷底开始沿高度的速度和速度流线，观测到了二次涡流，速度梯度和旋涡是造成壁面剪应力差异的主要原因。最后对砂带磨削工艺方法提出了一些改进建议和未来的研究方向。