這是一只鳥!這是一架飛機!這是一條鯊魚?近日，來自哈佛大學的研究人員將研究方向轉(zhuǎn)向了最兇猛的水下掠食者-鯊魚，為下一代飛機、無人機、風力渦輪機和汽車的設(shè)計提供了靈感。據(jù)研究人員介紹，鯊魚皮可以提供寶貴的見解，創(chuàng)造更多的空氣動力學結(jié)構(gòu)。
由哈佛大學進化生物學家和工程師以及南卡羅來納大學成員組成的項目團隊最近展示了3D打印鯊魚皮的靈感結(jié)構(gòu)的能力，這種結(jié)構(gòu)可以幫助迎來擁有新一代更多空氣動力學的飛機、無人機和其他系統(tǒng)。據(jù)悉，該研究結(jié)果已經(jīng)發(fā)表在“皇家學會界面雜志”上。
研究結(jié)果顯示，鯊魚和飛機實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，鯊魚在進化過程中大約用了4億年的時間。”
鯊魚皮是特別的，雖然看起來很光滑，但實際上卻覆蓋著數(shù)以千計的細小齒狀體。George Lauder教授將其與人類牙齒比較，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，科學家們普遍認為，鯊魚游動時齒狀體的主要功能是減少阻力，但是現(xiàn)在哈佛大學的研究人員有理由相信，它們實際上可能是為了改善升力。
這個發(fā)現(xiàn)是通過3D打印來實現(xiàn)的，后者被用來重新創(chuàng)建一個用于各種實驗的shortfin mako的小齒。研究人員說，shortfin mako是漫游在海洋中的最快的鯊魚之一，它有一種特殊的齒狀，它們的三個隆起(像三叉戟)是值得注意的。
哈佛大學研究人員使用微型CT掃描儀掃描鯊魚的細齒，然后將三維細齒結(jié)構(gòu)整合到弧形機翼結(jié)構(gòu)上。這部分被稱為翼型，然后進行3D打印并測試其空氣動力學特性。
“機翼是所有空中設(shè)備的主要組成部分，”這項研究的第一作者、哈佛大學博士生August August Domel對此進行了詳細的闡述。“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，以用于各種空中設(shè)備(如無人機、飛機和風力渦輪機)的設(shè)計中。”
研究人員在對水流槽內(nèi)部的多個版本進行了廣泛的3D打印并測試后，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。這個團隊甚至把它們比作“大功率、低調(diào)的渦流發(fā)生器”，這種渦輪發(fā)動機被安裝在大多數(shù)汽車和飛機上，并有助于改變車輛的空氣流動來改善空氣動力學。
Domel補充道：“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)生器可以實現(xiàn)將升阻比提高高達323%。憑借這些概念驗證設(shè)計，我們已經(jīng)證明，這些受生物啟發(fā)的渦流發(fā)生器具有超越傳統(tǒng)設(shè)計的潛力。”
數(shù)字證明：3D打印的鯊魚皮很可能是飛機、無人機、汽車和渦輪機的未來。
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