● 摘要
在当今船舶、飞机等交通工具中，50％以上的能源消耗用作克服运动体与流体之间的摩擦阻力，在能源越来越紧张的今天，如何减小摩擦阻力，提高能源的利用率成为备受人们关注的课题，越来越多的科学家投入到这领域中。科学家发现鲨鱼、海豚等水下动物皮肤表面的特殊结构能够改变附面层附近的水流状况，从而减小了它们与水的摩擦阻力。如果能将这些动物皮肤减阻的原理用到航行体和飞行体上，就能减小这些交通工件在水中运动的阻力。目前针对仿鲨鱼体表结构的非光滑减阻结构主要都采用了几何放大和模型简化的手段，本文首次采用以鲨鱼皮表非光滑结构为模版的生物约束成形技术加工仿生非光滑减阻结构，以突破以往几何放大或几何简化基础上的鲨鱼皮仿制及应用技术。即通过化学镀方法在鲨鱼皮表面镀上一层金属薄膜，之后应采用电镀方法在鲨鱼皮上沉积成金属模具，并以此模具翻膜成形出仿生非光滑减阻结构。本文采用三种金属化学镀：铜、银、金，进行生物约束成形实验。通过对比三种金属化学镀金属薄膜成膜效果以及工艺方法、实验成本，应采用化学镀铜进行生物模版——鲨鱼皮结构的生物约束成形加工。通过对比电镀铜和电镀镍的模具结果和镀液性能、操作方法等方面，应选择电镀铜方法。本文选择硅橡胶（矽利康）为翻模材料，能够复制与真实鲨鱼鳞片尺寸大小相似的结构。还采用水玻璃和树脂胶为生物约束成形方法，但是复制效果不如采用化学镀和电镀的加工方法。本文对仿鲨鱼皮结构的流向沟槽非光滑结构进行了仿真计算，证明流向沟槽结构表面比光滑表面更具有减阻效果。最后本文对仿生减阻结构的减阻效果的测试系统简要介绍和展望。关键词：鲨鱼皮，非光滑减阻，生物约束成形，化学镀