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受鯊魚啟發(fā),哈佛大學(xué)3D打印細齒結(jié)構(gòu)降低飛機阻力

魔猴君  行業(yè)資訊   2456天前

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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、無人機的風(fēng)力渦輪機和汽車的設(shè)計提供了靈感。 據(jù)研究人員介紹,鯊魚皮可以為創(chuàng)造更多的空氣動力學(xué)結(jié)構(gòu)提供有價值的參考。



由哈佛大學(xué)進化生物學(xué)家的工程師以及南卡羅來納大學(xué)成員組成的項目團隊最近展示了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,無人機和其他系統(tǒng)。這項工作已經(jīng)發(fā)表在《皇家學(xué)會界面雜志》上。


該項目顯示,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,鯊魚已以經(jīng)過了大約4億年的進化,而飛機只有100多年!


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)以千計的細小鱗片, George Lauder教授把它和人類牙齒進行比較,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)家們普遍認為,鯊魚游動時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,他們實際上可能為飛機進行改善和提升。


短尾鯊鯊魚的微型CT掃描(圖片:哈佛大學(xué))

 

這個發(fā)現(xiàn)部分是通過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(xué)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(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,飛機和風(fēng)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(xué)。


3D掃描的細齒集成到翼型結(jié)構(gòu)的表面上進行3D打?。▓D片:哈佛大學(xué))

 

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)生器實現(xiàn)的升阻提高高達323%。 憑借這些概念驗證設(shè)計,我們已經(jīng)證明,這些生物啟發(fā)式渦流發(fā)生器具有超越傳統(tǒng)設(shè)計的潛力?!?/span>

來源:中國3D打印網(wǎng)

   

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