受鯊魚啟發(fā)，哈佛大學3D打印細齒結構降低飛機阻力
魔猴君 行業(yè)資訊 2510天前
來自哈佛大學的研究人員已經(jīng)轉(zhuǎn)向了最兇猛的水下掠食者鯊魚，為下一代飛機、無人機的風力渦輪機和汽車的設計提供了靈感。 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結構提供有價值的參考。
由哈佛大學進化生物學家的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打印的鯊魚皮的能力，這種結構可以幫助迎來新一代空氣動力學飛機，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系。）“兩者的設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）
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，然后將三維細齒結構整合到弧形機翼結構上。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說， “我們希望在翼型上測試這些結構，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備（如無人機，飛機和風力渦輪機）的設計中。
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)齒狀結構不僅減小了阻力，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。
3D掃描的細齒集成到翼型結構的表面上進行3D打印（圖片：哈佛大學）
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)生器實現(xiàn)的升阻提高高達323％。 憑借這些概念驗證設計，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)設計的潛力。”
