鲨鱼激励着研究人员建造更多的空气动力学机器

事实证明鲨鱼和飞机并没有那么不同。这两种设计都是为了有效地在流体(水和空气)中移动，利用它们的身体形状来产生升力并减少阻力。不同的是，鲨鱼在设计过程中领先了大约4亿年。这就是为什么研究人员从鲨鱼身上汲取灵感，试图建造更多的空气动力学机器。

哈佛大学进化生物学家和工程师团队与南卡罗来纳大学的同事合作发现，了解鲨鱼的细微差别有助于提高飞机、风力涡轮机、无人机和汽车的空气动力学性能。他们的目标是揭开几十年来关于鲨鱼皮的神秘面纱，在这个过程中，展示一种新的、受生物启发的结构。

“鲨鱼的皮肤上覆盖着成千上万的小鳞片或牙齿，它们在身体周围的形状和大小各不相同，”亨利·布莱恩特·毕格罗鱼类学教授、生物与进化生物系教授乔治·劳德说，他是一篇研究论文的合著者。“我们对这些牙齿的结构有很多了解，它们与人类的牙齿非常相似，但其功能一直存在争议。”

大多数研究都集中在牙本质的减阻特性上，但Lauder和他的团队想知道是否还有更多的原因。

哈佛大学博士后、该研究的共同第一作者Mehdi Saadat说:“我们问，如果这些特定的形状不是主要减少阻力，而是实际上更适合增加升力，会怎样?”Saadat是南卡罗来纳大学机械工程专业的联合教授。

为了帮助验证这一假设，研究人员与来自哈佛大学约翰·保尔森工程与应用科学学院(SEAS)的工程师团队合作。为了寻找灵感，他们转向了世界上最快的鲨鱼——短鳍灰鲭鲨。灰鲭鲨的牙齿有三个凸起的脊，就像三叉戟。利用微型ct扫描，研究小组对牙本质进行了三维成像和建模。接下来，他们用3d打印出了具有弯曲气动截面的机翼表面的形状，即翼型。

“翼型是所有空中设备的主要组成部分，”哈佛大学博士生、论文的共同第一作者奥古斯特·多梅尔(August Domel)说。“我们希望在翼型上测试这些结构，以测量它们对升力和阻力的影响，并将其应用于无人机、飞机和风力涡轮机等各种航空设备的设计中。”

研究人员在一个水流箱中测试了20种不同配置的小齿大小、排列和排列位置。他们发现，除了减少阻力外，这种齿状结构还显著增加了升力，就像大功率、低轮廓的涡流发生器一样。

即使你不知道涡流发生器是什么，你也见过它的工作。汽车和飞机都配备了这些小型的被动装置，旨在改变运动物体表面的气流，使其更符合空气动力学。目前该领域的大多数涡流发生器都采用简单的叶片式设计。

Domel说:“与没有涡发生器的机翼相比，这些鲨鱼灵感的涡发生器可以实现高达323%的升阻比提高。”“通过这些概念设计的证明，我们已经证明了这些生物灵感涡旋发生器有潜力超越传统设计。”

“你可以想象这些涡旋发电机被用于风力涡轮机或无人机，以提高叶片的效率，”海洋研究所应用力学教授、该研究的合著者卡蒂亚·贝尔托迪(Katia Bertoldi)说。“研究结果为改进的、受生物启发的空气动力学设计开辟了新的途径。”

兰黛说:“这项研究不仅概述了漩涡发生器的新形状，而且还提供了对复杂和潜在多功能鲨鱼齿的作用的深入了解。”

格雷戈里·黑尔是《工业安全与保安来源》(ISSSource.com)，这是一个新闻资讯网站，内容涵盖制造业自动化领域的安全及保安事宜。本内容最初出现在ISSSource.com．ISSSource是CFE Media的内容合作伙伴。由CFE媒体制作编辑克里斯·瓦夫拉编辑，cvavra@cfemedia.com．

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