2018年2月7日
研究人员正在从一个不太可能的来源的灵感,设计更符合空气动力学的海洋,机器。
环境扫描电子显微镜(整体)齿的形象,从一头灰鲭鲨(比例尺:200毫米)(图片来源:哈佛大学)
一个进化生物学家和工程师团队哈佛大学,在与来自南卡罗莱纳大学的同事合作,提供了洞察几十年之久的一个谜题关于鲨鱼皮,在这个过程中,展示了一个新的、仿生结构,可以提高飞机的空气动力学性能,无人机,风力涡轮机和汽车。
鲨鱼和飞机并不是真的不同。都是工程有效地通过一种物质(水和空气),用他们的身体的形状产生升力,减少阻力。所不同的是,鲨鱼有大约400年过的设计过程。
“鲨鱼的皮肤是由成千上万的小鳞片,或齿,在身体的形状和大小不等的,”亨利·乔治·兰黛说科比鱼类学毕格罗教授和生物学教授,有机和进化生物学等,以及这项研究的作者之一。”我们知道很多关于这些齿的结构——这非常类似于人的牙齿,但功能已经争论。”
大量的研究集中在齿的减阻性能,但兰黛和他的团队推测如果有更多的故事。
”我们问,如果不是主要是减少阻力,这些特殊的形状实际上是更适合增加升力,”Mehdi阿达特说,哈佛大学的博士后和研究的co-first作者。Saadat持有共同任命在南卡罗莱纳大学的机械工程。
帮助调查,假设,研究者与一个工程师团队从哈佛大学约翰·a·保尔森工程和应用科学学院(海洋)。亚博老虎机网登录灵感,他们研究了头尖吻鲭鲨,世界上最快的鲨鱼。尖吻鲭鲨齿的有三个山脊,像一个三叉戟。团队成像和三维建模的齿,使用微ct扫描。接下来,他们3 d印刷表面形状机翼气动截面弯曲,称为机翼。
“翼型是所有天线设备的主要组成部分,”8月Domel说,哈佛大学的博士生,co-first该论文的作者之一。”我们想测试这些结构在翼型的升力和阻力测量他们的影响应用程序的设计等各种天线设备的无人驾驶飞机,飞机,和风力涡轮机。”
团队尝试了20种不同配置的小齿大小、行和行在翼型流水槽内的立场。他们发现,除了减少阻力,denticle-shaped结构大大增加升力,作为高性能,低调的涡发电机。
飞机和汽车都配有涡发生器,设计修改的气流在移动物体的表面,使其更符合空气动力学。大多数当前的涡发电机在这个领域有一个简单的,齿状设计。
这些shark-inspired涡发生器实现高达323%的升阻比的改善比机翼涡发生器。与这些概念设计的证明,我们已经表明,这些生物启发涡发生器有可能超越传统的设计。
8月Domel博士学生
“你可以想象这些涡发生器用于风力涡轮机或无人机增加叶片的效率,”凯蒂Bertoldi说,威廉和Ami Kuan Danoff海洋应用力学教授和这项研究的共同作者。“结果为改进开辟新的途径,仿生学研究空气动力学的设计。”
”本研究不仅概括了小说塑造涡发生器还提供了洞察的作用复杂和潜在的多功能鲨鱼齿,“兰黛说。
哈佛大学科技发展办公室与本研究有关的知识产权保护和商业化的机会。
这项研究是由詹姆斯·韦弗的哈佛大学生物工程研究所和Hossein Haj-Hariri,院长在南卡罗莱纳大学的工程和计算机。美国海军研究办公室和美国国家科学基金会支持这项研究。亚博老虎机网登录
这项研究发表在《英国皇家学会界面。