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(xué)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(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，鯊魚皮可以提供寶貴的見解，創(chuàng)造更多的空氣動力學(xué)結(jié)構(gòu)。
由哈佛大學(xué)進化生物學(xué)家和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(xué)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(xué)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(xué)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(xué)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(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(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(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。
?