仿生表面微結(jié)構(gòu)減阻優(yōu)化及機理研究綜述

王 政，李 田，李 明，張繼業(yè)

(1.西南交通大學牽引動力國家重點實驗室，四川成都 610036；2.中車唐山機車車輛有限公司，河北唐山 064000)

仿生表面微結(jié)構(gòu)減阻優(yōu)化及機理研究綜述

王 政1，李 田1，李 明2，張繼業(yè)1

(1.西南交通大學牽引動力國家重點實驗室，四川成都 610036；2.中車唐山機車車輛有限公司，河北唐山 064000)

介紹了自然界中幾種較為典型的非光滑結(jié)構(gòu)表面生物，闡明了合理表面微結(jié)構(gòu)可以改變近壁區(qū)湍流結(jié)構(gòu)的規(guī)律，針對表面微結(jié)構(gòu)的類型、減阻研究實例、減阻機理和減阻應用等4個方面進行了評述，提出了溝槽擴展類型，并指出減阻機理研究應拓展至復雜形態(tài)結(jié)構(gòu)。分析表明：微結(jié)構(gòu)類型對減阻效果有較大影響，減阻優(yōu)化及其機理研究是仿生表面微結(jié)構(gòu)減阻工作的重點，仿生表面微結(jié)構(gòu)減阻優(yōu)化可進一步提高節(jié)能降耗的效率，在飛行器、高速列車、汽車等工程領(lǐng)域具有廣泛的應用前景。

仿生學；表面微結(jié)構(gòu)；減阻；湍流結(jié)構(gòu)；氣動阻力

《能源發(fā)展戰(zhàn)略行動計劃(2014—2020年)》提出“科學合理使用能源，大力提高能源效率，推進重點領(lǐng)域和關(guān)鍵環(huán)節(jié)節(jié)能”。《中國制造2025》提出“推進軌道交通領(lǐng)域的快速發(fā)展，加快研制全新綠色的、智能的高速重載軌道交通設(shè)備”。相關(guān)調(diào)研表明：運輸系統(tǒng)全部能耗的1/6用于克服氣動阻力，“如果減少50%的氣動阻力，那么運輸系統(tǒng)將減少7.85%的能源消耗，同時降低約300億美元的開支”[1]。隨著人們對氣動阻力的不斷關(guān)注，減阻已經(jīng)成為節(jié)約能耗的重要途徑之一。目前，降低運動物體氣動阻力的研究主要圍繞宏觀尺度進行，例如優(yōu)化汽車造型和列車車頭外形等。實際上，運動物體的氣動性能優(yōu)化也可以從微觀角度考慮，大多數(shù)高速運動結(jié)構(gòu)的表面都設(shè)計為光滑的，然而自然界一些生物的體表具有非光滑特性。仿生學中的表面微結(jié)構(gòu)能夠為優(yōu)化運動物體的氣動性能(特別是減阻)提供新思路。

仿生學中的表面微結(jié)構(gòu)特性是動物為適應生存環(huán)境經(jīng)過萬年的進化形成的。例如，作為水中游行最快的動物，旗魚的最快速度可達190 km/h，它青褐色的身軀上，鑲有縱隊排列的灰白色斑點，像很多條圓點線(見圖1 a))；而空中飛行最快的動物尖尾雨燕，其最快速度高達352.5 km/h(見圖1 b))。表面微結(jié)構(gòu)減阻的成功應用案例為鯊魚皮泳衣和高爾夫球：鯊魚皮泳衣仿照鯊魚的表面微結(jié)構(gòu)；高爾夫球表面布滿大小不一的圓形凹坑。合適的表面微結(jié)構(gòu)能夠有效地降低流體繞過物體表面所產(chǎn)生的阻力。

圖1 水中和空中運動速度最快的動物Fig.1 Fastest animals in the water and sky

目前已有不少國內(nèi)外學者開始致力于表面微結(jié)構(gòu)的研究工作，研究初期主要集中在航空航天、汽車等領(lǐng)域。運動物體的表面微結(jié)構(gòu)氣動優(yōu)化設(shè)計及機理研究具有廣闊的發(fā)展空間，并將對人類的生活產(chǎn)生巨大影響。

1 仿生表面微結(jié)構(gòu)類型

仿生設(shè)計類型主要包括造型、色彩、肌理、功能、結(jié)構(gòu)5個方面[2]。表面微結(jié)構(gòu)仿生主要從肌理仿生層面出發(fā)，旨在改善工業(yè)產(chǎn)品的性能，通過對選定生物的表皮微結(jié)構(gòu)特征進行提取、加工、改造，使之盡可能達到既易于加工制造又可最大程度發(fā)揮功效的目的。表面微結(jié)構(gòu)主要有3種類型：溝槽型、凹坑型和凸包型，目前減阻研究主要以溝槽型表面微結(jié)構(gòu)為主。

自然界中生物的表面形態(tài)具有顯著的差異。體表凹坑微結(jié)構(gòu)較為明顯的生物主要有黃緣真龍虱(見圖2 a))與臭蜣螂(見圖3 a))。黃緣真龍虱前胸背板表面的凹坑結(jié)構(gòu)在顯微鏡下十分明顯(見圖2 b))。它的體表具有凹坑、凸包、剛毛、刺等非光滑表面形態(tài)[3]，這種非光滑體表在空氣中飛行和水中游泳時均具有減阻的效果。臭蜣螂的體表微結(jié)構(gòu)特征更為鮮明，前胸背面與頭背部的凹坑最為突出(見圖3 b))[4]。

圖2 黃緣真龍虱及其表面微結(jié)構(gòu)Fig.2 Cytister bengalensis and its micro-structure surface

圖3 臭蜣螂及其表面微結(jié)構(gòu)Fig.3 Coprisochus and its micro-structure surface

圖4 圓形凹坑與凸包Fig.4 Rounded pits and convexes

上述2種昆蟲具有比較明顯的體表凹坑微結(jié)構(gòu)，可將其歸納簡化為球型凹坑和凸包，并通過改變這些球型凹坑和凸包的布置方式、半徑、深度等來比較其減阻效果的差異，其中凹坑和凸包簡化模型示意圖如圖4所示，凹坑截面如圖5 a)所示。錢風超[5]對鯉魚鱗片的表面特征進行了觀察，發(fā)現(xiàn)其表面存在凹坑形微結(jié)構(gòu)特征，并將其簡化為如圖5 b)截面所示的凹坑形狀。

溝槽表面減阻的研究主要包括二維平板溝槽、三維肋板溝槽2個方面，其中三維肋板溝槽研究根據(jù)氣流與肋板相互作用的角度不同又分為順氣流方向和垂直氣流方向。20世紀70年代，美國國家航空航天局蘭利研究中心率先對溝槽類型進行研究，他們從不同的生物表面提取、簡化、總結(jié)出多種溝槽類型(見圖6)[6]。之后的研究人員基本都是通過對這些溝槽參數(shù)進行改變后得到新的溝槽類型，并在這些研究的基礎(chǔ)上進行深入研究。通過對上述溝槽類型進一步擴展，可以演變得到如圖7所示的若干不同的溝槽類型。

2 表面微結(jié)構(gòu)減阻研究實例

傳統(tǒng)觀點認為光滑表面結(jié)構(gòu)的氣動阻力最小，所以在20世紀60年代以前，減阻研究的主要方向是減小表面粗糙度。表面微結(jié)構(gòu)最初源于GRAY[7]的發(fā)現(xiàn)：海豚在水中的游行速度要比其生理上能達到的游行速度更快。隨后KRAMER[8]認為：海豚具有可自動調(diào)控的適應性表面皮膚，用來控制流過其皮膚表面的水流狀態(tài)，并延后皮膚與水流之間的湍流轉(zhuǎn)捩點，以達到減小表面黏性阻力的效果。當海豚進入高速游動的狀態(tài)時，它表面的光滑皮膚轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂形⒔Y(jié)構(gòu)的非光滑形態(tài)。這項重大發(fā)現(xiàn)突破了“表面越光滑的物體表面阻力越小”的傳統(tǒng)認知。

圖5 球形與魚鱗形凹坑截面Fig.5 Ball type and fish scale pits

圖6 美國國家航空航天局蘭利研究中心的試驗溝槽類型Fig.6 Surface configurations tested by NASA Langley Research Centre

圖7 演變的溝槽類型Fig.7 Various types of groove developed

鯊魚表面微結(jié)構(gòu)是水生動物中最具代表性的，如圖8所示。鯊魚表面由被稱為“皮質(zhì)鱗凸”的重疊鱗片組成，這些鱗片在長度方向有凹槽，可以調(diào)整水在其表面的流動。BECHERT等[9]對鯊魚表面微結(jié)構(gòu)進行了深入研究，他們觀察了不同種類、不同年齡、不同狀態(tài)的鯊魚表面微結(jié)構(gòu)特征，發(fā)現(xiàn)游速較快的鯊魚體表順水流方向存在微小的脊狀物，采用人造表面結(jié)構(gòu)替代方法驗證得到鯊魚的這種表面微結(jié)構(gòu)可以減少7%的阻力，這與實驗結(jié)果一致。他們把鯊魚表面的脊狀物假設(shè)為漩渦發(fā)生器，漩渦發(fā)生器加強了近壁區(qū)的流動分離，從而減小鯊魚游動時的阻力。

圖8 鯊魚及其表面微結(jié)構(gòu)Fig.8 Shark and its micro-structure surface

1978年，WALSH等[10-11]最早對二維溝槽平板流動的湍流減阻機理進行研究，他們對如圖6所示的各種類型溝槽進行試驗，研究表明：當溝槽無量綱間距小于30，且無量綱高度小于25時，溝槽平板具有減阻效果；1985年，BACHER等[12]觀察并測量溝槽平板的速度分布，同時用邊界層動量積分的方法研究得到25%的減阻效果；1992年，BECHERT等[13]通過試驗測量得到V型溝槽的最大減阻率為8.2%；2000年，BECHERT等[14]模仿鯊魚表面微結(jié)構(gòu)生成三維的非光滑表面，可以得到高達9.2%的減阻率。PARK等[15]使用速度測量裝置測量平板溝槽的速度分布，并分析溝槽壁面切應力，減阻率為4%。KAZUMI等[16]對溝槽表面噴管進行超音速流動試驗，用臨界壓力減小程度來衡量溝槽的減阻效果，研究表明：當速度達到2.0 Ma(1 Ma≈340 m/s)時，溝槽表面的臨界壓力減小了29%。

在中國，基于仿生非光滑表面的減阻研究也比較廣泛。包云平[17]最早對條紋薄膜狀溝槽的減阻降噪效果開展研究；隨后石秀華等[18-19]通過對水槽中的溝槽表面進行試驗分析，得到10%的減阻效果；王晉軍等[20-21]研究了溝槽表面與光滑表面的湍流邊界層特性，當溝槽無量綱間距和無量綱高度介于15～18時，減阻效果較好，這與WALSH等[10-11]的研究結(jié)果保持一致；宮武旗等[22]利用熱線風速儀精確測量溝槽非光滑壁面與光滑壁面2種結(jié)構(gòu)的邊界層瞬時速度，并對比了幾種不同雷諾數(shù)下溝槽表面的減阻效果，當Re=118 000時，溝槽減阻率為7.43%，當Re=263 000時，溝槽減阻率為6.20%；徐中等[23]研究了一種新型凹坑表面結(jié)構(gòu)的減阻效果，結(jié)果表明：非光滑凹坑表面可以改變近壁面氣流的流動狀態(tài)，通過改變近壁面邊界層特征來減小近壁面氣流的黏性阻力，從而達到減阻效果。由上述可知：合理布置表面微結(jié)構(gòu)能夠有效地減少運動物體受到的氣動阻力。

表面微結(jié)構(gòu)的應用主要集中于航空航天和汽車領(lǐng)域，并最先應用于巡航飛行的大型飛機，總阻力可降低約4%。VISWANATH[24]以飛機機翼為研究對象開展非光滑溝槽表面試驗，在不同馬赫數(shù)的試驗條件下減阻率為5%～8%。在NACA0012機翼表面貼上V型溝槽膜后，氣動阻力可減少6.6%[25]。楊弘煒等[26]將不同的非光滑表面凹坑均勻布置在某飛機機翼表面以達到減阻效果。波音公司和空客公司探究了溝槽實際應用時所能降低的阻力水平[27-29]。近幾年，中國學者對汽車車身的非光滑表面氣動減阻進行了大量的研究。湖南大學的聶云和楊易等[30-34]研究了汽車車尾非光滑表面布置位置對氣動性能的影響，并分析了尾部非光滑表面對于不同車型的氣動減阻效果。金益鋒等[35]研究了小型轎車頂部布置非光滑凹坑表面對整車氣動性能的影響，并優(yōu)化了凹坑的布置形式。浙江大學的張國耕[36]、諶可[37]研究了發(fā)動機罩、車身頂蓋、行李艙蓋等部位布置非光滑表面對車身氣動減阻效果的影響。

表面微結(jié)構(gòu)應用于高速列車的研究相對較少。孫朋朋[38]研究了高速列車非光滑車身氣動減阻特性，分析了凹坑型結(jié)構(gòu)參數(shù)對減阻性能的影響。杜健等[39]進行了平板溝槽減阻的仿真計算，然后將平板減阻效果類推到高速列車。該類推的方法不能真實反映表面微結(jié)構(gòu)應用于高速列車的效果，因為列車頭尾部是氣動阻力的重要貢獻部位，且以復雜曲面為主，而平板溝槽減阻的效果無法有效類推到列車頭尾部。汪久根等[40-41]取列車側(cè)壁一個0.5 mm×0.5 mm×0.25 mm的幾何微元體作為研究對象，將仿生菱形和Koch雪花表面微結(jié)構(gòu)布置在該幾何微元體上，研究了表面微結(jié)構(gòu)參數(shù)對空氣摩擦噪聲的影響。該方法只能說明列車側(cè)壁有一定的減阻效果，列車側(cè)壁對高速列車氣動噪聲的貢獻很小，高速列車氣動噪聲源主要來自于頭型、轉(zhuǎn)向架和受電弓等，因此該結(jié)果不能類推于高速列車整車的效果。

將仿生表面微結(jié)構(gòu)應用于復雜形態(tài)的高速運動物體的氣動減阻研究雖有一定的進展，但仍處于起步階段，遠未達到廣泛實際應用的水平，全面系統(tǒng)地研究運動物體表面微結(jié)構(gòu)氣動減阻是未來的研究熱點之一。

3 表面微結(jié)構(gòu)減阻機理

圖9 湍流邊界層分層結(jié)構(gòu)Fig.9 Structure of turbulent prism layer separation

表面微結(jié)構(gòu)的湍流減阻機理研究是近年的熱點和難點，湍流邊界層的近壁區(qū)又是多數(shù)研究者關(guān)注的重心，其分層結(jié)構(gòu)如圖9所示[42]。一般來說，切變湍流中存在擬序結(jié)構(gòu)[43]，其中壁湍流的擬序結(jié)構(gòu)[44]及混合層的擬序結(jié)構(gòu)[43]是比較典型的。近壁區(qū)黏性次層和緩沖層中存在3種擬序結(jié)構(gòu)[44]：近壁區(qū)條帶結(jié)構(gòu)產(chǎn)生；條帶結(jié)構(gòu)的上升、振動和脫落；“下掃”和條帶的再現(xiàn)。而混合層的擬序結(jié)構(gòu)研究認為：不受固定壁面影響的自由切變層中有擬序結(jié)構(gòu)存在，混合層是由速度方向相同但大小不同的2個流動合成[43]。黏性次層與緩沖層在不斷的猝發(fā)過程中產(chǎn)生湍流，導致邊界層內(nèi)湍流不斷消耗外部勢流的能量。因此，邊界層減阻的基本思想就是減少邊界層內(nèi)的湍流，有效減少猝發(fā)過程產(chǎn)生的隨機渦，也就是降低猝發(fā)過程的頻率以及削弱猝發(fā)過程的強度。

隨著對非光滑溝槽表面研究的深入，關(guān)于溝槽減阻提出了主要的3種觀點：“第二渦群”理論(降低近壁區(qū)的湍流強度)、“突出高度”理論(黏性理論)和“微型空氣軸承”理論。

1)“第二渦群”理論認為，橫向溝槽產(chǎn)生的二次渦減少了與低速條帶關(guān)聯(lián)的流向渦，并在溝槽與溝槽之間保持相對低速流動，流向渦與溝槽上部區(qū)域流動之間相互作用導致溝槽中產(chǎn)生速度較低的“第二渦群”，如圖10 a)—b)所示[13]。當表面存在溝槽時，低速條帶向外猝發(fā)隨機渦的幾率大大減小并且程度減弱，這就弱化了邊界層附近的動量交換，而速度脈動和壓力脈動的減小會引起近壁面邊界層附近黏性阻力的減少。

2)“突出高度”理論是由BECHERT等[45]提出：溝槽凸起防止了瞬時由近壁面湍流運動引起的橫流發(fā)生，非光滑溝槽結(jié)構(gòu)導致整個邊界層的湍流動能變化弱化，由此減少條紋表面的黏性阻力，如圖10 c)—d)所示。隨后LUCHINI等[46]也利用這一理論針對溝槽減阻的效果、原理進行探究。

3)潘家正[47]從湍流邊界層渦結(jié)構(gòu)的角度出發(fā)，提出了“微型空氣軸承”理論。他發(fā)現(xiàn)尺寸合適的橫向微小溝槽在近壁區(qū)底部按照一定的間距布置具有減阻效果。這與空氣在小溝槽內(nèi)形成的“小渦”有關(guān)，這些小渦滯留在各個微小溝槽內(nèi)部，充當一個個空氣軸承，把空氣與運動物體的滑動摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)闈L動摩擦，從而達到減少黏性阻力的效果。

圖10 “第二渦群”[13]理論和“突出高度”理論Fig.10 Theory of second vortex and prominent altitude difference

目前表面微結(jié)構(gòu)減阻機理的研究對象主要是溝槽型平板表面微結(jié)構(gòu)，對凹坑型和凸包型表面微結(jié)構(gòu)以及非平板表面微結(jié)構(gòu)的流動機理研究較少。對于具有復雜形態(tài)的高速運動結(jié)構(gòu)，其外形對阻力的影響更為明顯，因此，亟待對復雜曲面表面微結(jié)構(gòu)的流動機理進行研究。

4 表面微結(jié)構(gòu)仿生減阻應用

圖11 表面微結(jié)構(gòu)成功應用案例Fig.11 Successful application cases of micro-structure surface

表面微結(jié)構(gòu)減阻最成功的應用案例為鯊魚皮泳衣[48]和高爾夫球[49](見圖11)。鯊魚皮泳衣的核心技術(shù)在于表面粗糙的V形褶皺表面，它高度模仿鯊魚在水中高速游動時的表面結(jié)構(gòu)，這種表面可以大大降低水與人體之間的黏性摩擦力，使人的游泳速度大幅提升。研究表明，這種泳衣可以減少約3%的阻力。

高爾夫球表面的圓形凹坑，大大降低其在空氣中飛行時受到的氣動阻力，同時也提高了高爾夫球的升力。高爾夫球的飛行速度、飛行距離不僅與自身材料有關(guān)，更與分布在其表面的不均勻非光滑凹坑密切相關(guān)。AOKI等[50]發(fā)現(xiàn)高爾夫球的分離點相比于光滑球向后移動，導致高爾夫球的飛行阻力小于光滑球。伴隨著球體旋轉(zhuǎn)，高爾夫球升力逐漸增加，而光滑球的升力變?yōu)樨撝?，這是高爾夫球飛行距離更遠的另一個原因。ALAM等[51]通過對不同品牌的高爾夫球進行風洞試驗研究，發(fā)現(xiàn)不同的表面凹坑特征有著明顯不同的空氣動力學特性。

通過仿真建模對比分析高爾夫球與光滑球的表面空氣流動情況，得到高爾夫球與光滑球的截面流線圖(如圖12所示)，光滑球的迎風面正壓(迎風面顏色)與尾部負壓區(qū)均大于高爾夫球，且光滑球的尾部流動分離較為明顯。高爾夫球表面的不規(guī)則凹坑促使湍流轉(zhuǎn)捩發(fā)生，減小尾部負壓區(qū)，從而減小阻力，使高爾夫球可以飛行更遠。

圖12 高爾夫球與光滑球截面流線圖Fig.12 Streamline of golf and smooth ball

20世紀90年代初，空客公司對A320型飛機進行了非光滑覆膜試驗[52](見圖13 a))，非光滑微結(jié)構(gòu)膜覆蓋了機身70%左右的面積，試驗表明摩擦阻力減少了約6%，如果該覆膜推廣使用，那么每架飛機每年可節(jié)約60～200 t燃料。Discovery 頻道報道了國外在汽車上布置凹坑非光滑表面的試驗(見圖13 b))，試驗表明該車能降低11%的燃油使用率。

圖13 非光滑表面應用試驗Fig.13 Application experiments of non-smooth surface application

表面微結(jié)構(gòu)的加工制造是一個精密的過程，隨著表面加工技術(shù)的日益發(fā)展，微結(jié)構(gòu)表面加工也有了越來越多的選擇。目前來說，微結(jié)構(gòu)表面加工技術(shù)主要有：超精密機械加工(金剛石車削、金剛石砂輪成型磨削、飛刀切削和銑削)、特種加工、復制和微機電系統(tǒng)等[53]。其中，超精密機械加工技術(shù)有極大的優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：擁有極高的加工表面質(zhì)量和確定性的加工程序；可以加工真實的三維結(jié)構(gòu)；可以加工大寬深比、帶有變化形態(tài)的結(jié)構(gòu)；加工零件成型后達到亞微米級的精度；適用于各種各樣材料的加工。微結(jié)構(gòu)功能表面加工制造技術(shù)越來越成熟，為表面微結(jié)構(gòu)在高速運動結(jié)構(gòu)上的應用奠定了堅實基礎(chǔ)。

5 結(jié)論與展望

20世紀60年代以來，越來越多的科研人員致力于表面微結(jié)構(gòu)減阻研究，并取得了一定的進展，特別在航空航天和汽車等領(lǐng)域，仿生表面微結(jié)構(gòu)的應用試驗取得了可觀的減阻效果。但是相對于交通設(shè)備來說表面微結(jié)構(gòu)屬于微觀技術(shù)，為了實現(xiàn)大規(guī)模的應用需開展更深入的研究。

1)仿生表面微結(jié)構(gòu)類型繁多，減阻效果不盡相同，需要對不同形態(tài)的高速運動物體的適應性開展充分的論證研究[54]；

2)對于高速運動物體，除阻力外的其他氣動特性和氣動噪聲也是研究重點，表面微結(jié)構(gòu)的研究應結(jié)合氣動阻力、氣動性能和氣動噪聲等進行多目標優(yōu)化研究；

3)雖有“第二渦群”理論、“突出高度”理論和“微型空氣軸承”理論作為支撐，但仍沒有完全掌握高速運動結(jié)構(gòu)近壁區(qū)邊界層的湍流運動規(guī)律，因此，應進一步明確復雜曲面表面微結(jié)構(gòu)的流動機理；

4)表面微結(jié)構(gòu)的制造技術(shù)以及日常維護應注重便捷化、經(jīng)濟化和耐用性。

目前，對交通工具節(jié)能減排的要求日益嚴格，該領(lǐng)域的研究已成為當今熱點。隨著研究的不斷推進，表面微結(jié)構(gòu)減阻技術(shù)定會在航天運輸系統(tǒng)(減少機翼、機身高速飛行時與空氣摩擦產(chǎn)生的黏性阻力)、軌道運輸系統(tǒng)(減少頭尾車、轉(zhuǎn)向架、受電弓等重要區(qū)域的黏性阻力)、汽車、船舶等高速運動結(jié)構(gòu)中得到廣泛應用，為節(jié)約能源作出較大貢獻[55-56]。

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Review of mechanical research and aerodynamic dragreduction of bionic surface micro-structures

WANG Zheng1， LI Tian1， LI Ming2， ZHANG Jiye1

(1.State Key Laboratory of Traction Power, Southwest Jiaotong University, Chengdu, Sichuan 610036, China; 2.CRCC Tangshan Company Limited, Tangshan, Hebei 064000, China)

Some typical living creatures with a non-smooth surface in nature are introduced. The law of the fact that an appropriate micro-structure surface can transform the turbulent structure of near-wall region is briefly stated. The research status of the type of micro-structure surface, the drag reduction of micro-structure surface, the mechanism of drag reduction of micro-structure surface and its application so far are commented. The extended types of grooves are proposed, and it is suggested that the current research on drag reduction should be extended for structures with complex shapes. The analysis indicates that the types of bionic micro-structure surfaces have great effect on drag reduction, the mechanical research and aerodynamic drag reduction are focal points of the bionic micro-structure surface drag reduction technology, which can further improve the efficiency of energy conservation and reduce consumption, and has a great prospect in engineering fields such as aircraft, high-speed trains, cars, etc.

bionics; micro-structure surface; drag reduction; turbulent structure; aerodynamic drag

2016-12-06；

2017-03-23；責任編輯：王海云

國家自然科學基金(51605397)；牽引動力國家重點實驗室自主研究課題資助項目(2016TPL_T02)

王 政(1993—)，男，河南南陽人，碩士研究生，主要從事列車空氣動力學方面的研究。

李 田博士。E-mail:litian2008@home.swjtu.edu.cn

1008-1542(2017)04-0325-10

10.7535/hbkd.2017yx04003

Q692

A

王 政，李 田，李 明，等.仿生表面微結(jié)構(gòu)減阻優(yōu)化及機理研究綜述[J].河北科技大學學報,2017,38(4):325-334. WANG Zheng，LI Tian，LI Ming，et al.Review of mechanical research and aerodynamic drag reduction of bionic surface micro-structures[J].Journal of Hebei University of Science and Technology,2017,38(4):325-334.