受鯊魚啟發(fā)，哈佛大學(xué)3D打印細(xì)齒結(jié)構(gòu)降低飛機(jī)阻力
魔猴君 行業(yè)資訊 2472天前
來自哈佛大學(xué)的研究人員已經(jīng)轉(zhuǎn)向了最兇猛的水下掠食者鯊魚，為下一代飛機(jī)、無人機(jī)的風(fēng)力渦輪機(jī)和汽車的設(shè)計(jì)提供了靈感。 據(jù)研究人員介紹，鯊魚皮可以為創(chuàng)造更多的空氣動力學(xué)結(jié)構(gòu)提供有價(jià)值的參考。
由哈佛大學(xué)進(jìn)化生物學(xué)家的工程師以及南卡羅來納大學(xué)成員組成的項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)最近展示了3D打印的鯊魚皮的能力，這種結(jié)構(gòu)可以幫助迎來新一代空氣動力學(xué)飛機(jī)，無人機(jī)和其他系統(tǒng)。這項(xiàng)工作已經(jīng)發(fā)表在《皇家學(xué)會界面雜志》上。
該項(xiàng)目顯示，鯊魚和飛機(jī)實(shí)際上可能不像人們想象的那樣不同。 （可以肯定的是，我以前從來沒有想到過這兩者之間的關(guān)系。）“兩者的設(shè)計(jì)都是為了有效地通過流體（水和空氣），利用其身體的形狀來產(chǎn)生升力并減少阻力。 不同之處在于，鯊魚已以經(jīng)過了大約4億年的進(jìn)化，而飛機(jī)只有100多年！
鯊魚皮是特別的，雖然看起來很光滑，但實(shí)際上卻覆蓋著數(shù)以千計(jì)的細(xì)小鱗片， George Lauder教授把它和人類牙齒進(jìn)行比較，這些小齒根據(jù)它們在鯊魚身上的位置而具有不同的形狀和大小。到目前為止，科學(xué)家們普遍認(rèn)為，鯊魚游動時(shí)齒狀體鱗片的主要功能是減少阻力，所以現(xiàn)在哈佛大學(xué)的研究人員有理由相信，他們實(shí)際上可能為飛機(jī)進(jìn)行改善和提升。
短尾鯊鯊魚的微型CT掃描（圖片：哈佛大學(xué)）
這個(gè)發(fā)現(xiàn)部分是通過3D打印來實(shí)現(xiàn)的，后者被用來重新創(chuàng)建一個(gè)用于各種實(shí)驗(yàn)的短鏈馬齒。研究人員說，短翅鯊是漫游在海洋中的最快的鯊魚之一，它有一種特殊的齒狀，它們有三個(gè)隆起的隆起（如三叉戟）是值得注意的。哈佛大學(xué)研究人員使用微型CT掃描儀掃描鯊魚的細(xì)齒，然后將三維細(xì)齒結(jié)構(gòu)整合到弧形機(jī)翼結(jié)構(gòu)上。這部分被稱為翼型，然后進(jìn)行3D打印并測試其空氣動力學(xué)特性。
“機(jī)翼是所有空中設(shè)備的主要組成部分！”這項(xiàng)研究的第一作者哈佛大學(xué)博士生August August Domel說， “我們希望在翼型上測試這些結(jié)構(gòu)，以此來衡量它們對升力和阻力的影響，以及是否能適用于各種空中設(shè)備（如無人機(jī)，飛機(jī)和風(fēng)力渦輪機(jī)）的設(shè)計(jì)中。
研究人員在對水流槽內(nèi)部的多個(gè)版本進(jìn)行了廣泛的3D打印測試后，發(fā)現(xiàn)齒狀結(jié)構(gòu)不僅減小了阻力，而且還有效地提高了升力。這個(gè)團(tuán)隊(duì)甚至把他們比作“大功率，低調(diào)的渦流發(fā)生器”，這種渦輪發(fā)動機(jī)被安裝在大多數(shù)汽車和飛機(jī)上，并有助于改變車輛的空氣流動來改善空氣動力學(xué)。
3D掃描的細(xì)齒集成到翼型結(jié)構(gòu)的表面上進(jìn)行3D打印（圖片：哈佛大學(xué)）
Domel補(bǔ)充道：“與沒有渦流發(fā)生器的翼型相比，這些受鯊魚啟發(fā)的渦流發(fā)生器實(shí)現(xiàn)的升阻提高高達(dá)323％。 憑借這些概念驗(yàn)證設(shè)計(jì)，我們已經(jīng)證明，這些生物啟發(fā)式渦流發(fā)生器具有超越傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的潛力。”
