各种运输工具都会产生能源消耗,湍流粘性阻力中的摩擦阻力是能源消耗的主要原因,在总阻力中占有非常大的比重。对于传统的运输机和水面舰艇,湍流摩擦阻力约占总阻力的50%,而鱼雷、潜艇等水下航行器,更是高达70%。为了使其航行速度及航程大幅度的提高,在动力和能源一定的条件下,通常会选择降低运输工具的表面摩擦阻力。湍流减阻可以减少输送流动阻力、降低能量消耗,是节能降耗的有效手段,因此,湍流减阻已成为当前世界各国研究的热门课题。超疏水表面具有防污自清洁、防水、防潮、抗结冰、表面防护和防腐蚀等特性,并且具有显著的壁面湍流减阻效应,对降低壁湍流流动阻力、提高水下航行体航速、节省能源等具有十分重要的意义。本文采用激光刻蚀方法在金属表面构筑微纳米粗糙结构,通过化学处理方法降低材料的表面能,制备出可调控超疏水表面,并自主设计、搭建实验平台,进行了较系统的激光刻蚀不锈钢超疏水微结构的湍流减阻实验研究,取得的主要研究结果如下:1、通过紫外纳秒激光刻蚀和涂层改性剂处理,在AISI 304不锈钢表面制备出了不同间距的网格结构超疏水表面,静态接触角最高达161.5°,动态滚动角2°;通过红外激光刻蚀材料表面,结合硬脂酸改性降低表面能,在AISI 304不锈钢上制备超疏水表面,最大接触角可以达到169°。实验后发现此方法制备的超疏水不锈钢表面经过自然时效5天后依然具有与之前一致的接触角,表明其超疏水性能持久性良好。2、从流体减阻效果角度出发,设计了两种不同的壁湍流减阻特性方法,并搭建了测试平台。基于竖立管道高速摄像法,采用搭建的滑轮导轨组合机构,测试了超疏水表面的减阻效应,结果表明通过调节网格结构的线间距,可以实现超疏水表面的不同减阻效率,当激光刻蚀沟槽间距为80微米时,最大减阻效率达到29.7%,显示其极具应用潜力。采用自主搭建的水平导轨激光测距装置,采集位移、速度、驱动力等实验参数进行数据分析,结合竖立管道实验结果,进一步得出激光刻蚀沟槽间距为80微米时的不锈钢超疏水表面能够获得最佳的减阻效果。3、初步分析了激光刻蚀V型超疏水沟槽的减阻机理。V型沟槽特殊的结构可以使流体保持平稳低速,使其保留低摩阻状态的能力,降低湍流度,通过限制流体的紊动来减少流体微团间的动量交换致使沟谷处的壁面摩擦阻力降低,并且超疏水表面由于其低表面自由能性质,流体流动所带来的剪切力会使得固体表面分子与液体分子间的吸引力很容易被平衡掉,从而更容易在固体表面形成速度滑移,产生速度梯度,流体与壁面之间的剪切力减少,降低了黏性流体的黏性,从而进一步降低了摩擦阻力。