受鯊魚(yú)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   2509天前

來(lái)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(yú)，為下一代飛機(jī)、無(wú)人機(jī)的風(fēng)力渦輪機(jī)和汽車(chē)的設(shè)計(jì)提供了靈感。 據(jù)研究人員介紹，鯊魚(yú)皮可以為創(chuàng)造更多的空氣動(dòng)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(lái)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(yú)皮的能力，這種結(jié)構(gòu)可以幫助迎來(lái)新一代空氣動(dòng)力學(xué)飛機(jī)，無(wú)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(huì)界面雜志》上。

該項(xiàng)目顯示，鯊魚(yú)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(lái)沒(méi)有想到過(guò)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(guò)流體（水和空氣），利用其身體的形狀來(lái)產(chǎn)生升力并減少阻力。 不同之處在于，鯊魚(yú)已以經(jīng)過(guò)了大約4億年的進(jìn)化，而飛機(jī)只有100多年！

鯊魚(yú)皮是特別的，雖然看起來(lái)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(lèi)牙齒進(jìn)行比較，這些小齒根據(jù)它們?cè)邗忯~(yú)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(yú)游動(dòng)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(yú)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(guò)3D打印來(lái)實(shí)現(xiàn)的，后者被用來(lái)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(shuō)，短翅鯊是漫游在海洋中的最快的鯊魚(yú)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(yú)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(chēng)為翼型，然后進(jìn)行3D打印并測(cè)試其空氣動(dòng)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(shuō)， “我們希望在翼型上測(cè)試這些結(jié)構(gòu)，以此來(lái)衡量它們對(duì)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(wú)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(duì)水流槽內(nèi)部的多個(gè)版本進(jìn)行了廣泛的3D打印測(cè)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(dòng)機(jī)被安裝在大多數(shù)汽車(chē)和飛機(jī)上，并有助于改變車(chē)輛的空氣流動(dòng)來(lái)改善空氣動(dòng)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?。▓D片：哈佛大學(xué)）

Domel補(bǔ)充道：“與沒(méi)有渦流發(fā)生器的翼型相比，這些受鯊魚(yú)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?！?/span>

來(lái)源：中國(guó)3D打印網(wǎng)