鲨鱼皮肤启发设计改善了空气动力学性能

为了建立更多的空气动力学机器，研究人员正在从不太可能的来源中汲取灵感：海洋。

哈佛大学的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，几十年的谜团对Sharkskin的历史，并且在此过程中展示了一种可以改善空气动力学的新的生物悬浮结构平面，风力涡轮机，无人机和汽车的性能。

该研究发表在皇家社会界面期刊。

鲨鱼和飞机实际上并不是那么不同。两者都旨在使用身体的形状有效地通过流体（水和空气）来产生升力和减少阻力。差异是，鲨鱼在设计过程中有大约40万年的头部开始。

“鲨鱼的皮肤被数千个和数千个小鳞片，或者在身体周围的形状和大小变化，”乔治·劳德（亨利布莱恩特）和生物体和生物学系生物学教授进化生物学，该研究的共同作者。“我们对这些牙本丛的结构很了解 - 这与人类牙齿非常相似 - 但该功能已经争论。”

大多数研究都集中在牙本丛的减少性质上，但劳越和他的团队想知道故事还有更多的故事。

“我们问道，如果不是主要减少阻力，这些特殊形状实际上是更适合提升的升力，”哈佛大学博士生博士和研究中的联合第一作者的博士生。Saadat拥有南卡罗来纳大学机械工程的联合任命。

为了帮助测试该假设，研究人员与来自Harvard John A.Paulson工程和应用科学学院的工程师团队合作。为了灵感，他们转向了世界上最快的鲨鱼的灰尘。Mako的牙本丛有三个凸起的脊，就像一个三叉戟。使用Micro-CT扫描，团队成像并以三维设计设计。接下来，它们3-D用弯曲的空气动力学横截面印刷在机翼表面上的形状，称为翼型。

“翼型是所有空中器件的主要成分”，“8月Domel说，博士学位说道哈佛艺术与科学研究生院的学生，以及本文的联合第一作者。“我们希望在翼型中测试这些结构，作为测量它们对升降机的效果的一种方式，用于设计各种空中设备的应用，例如无人机，飞机和风力涡轮机。”

研究人员在水流动箱内的翼型上测试了20种不同的牙本尺寸，行和行位置的配置。他们发现除了减少阻力之外，牙牙形结构显着增加了升力，用作高功率的低调涡流发生器。

即使你不知道涡流发生器是什么，你也可以看到一个行动。汽车和飞机配备了这些小型无源设备，可以改变空气流过移动物体的表面，以使其更具空气动力学。今天场上的大多数涡流发生器都有一个简单的刀片式设计。

“与没有涡流发生器的翼型相比，这些鲨鱼启发的涡流发生器可实现高达323％的升力比率，高达323％，”Domel说。“随着这些概念验证设计，我们已经证明，这些生物悬浮的涡流发生器有可能优于传统设计。”

“您可以想象这些涡旋发电机在风力涡轮机或无人机上使用，以提高刀片的效率，”海洋应用力学的威廉·贝尔多尔迪，威廉·贝尔戈里（Ami Kuan Danoff）表示，在该研究的另一个共同作者。“结果开放了新的途径，用于改进，生物透露空气动力学设计。”

“这项研究不仅概述了涡流发电机的新形状，而且还提供了对复杂和潜在的多功能鲨鱼牙本柱的作用的洞察，”劳德说。

哈佛技术发展办公室已经保护了与该项目有关的知识产权，并正在探索商业化机会。

该研究由哈佛大学的Wyss生物学启发工程研究所的詹姆斯·韦弗和南卡罗来纳大学工程和计算院长Hossein Haj-Hariri of The Wyss的生物学启发工程研究所。这项研究得到了海军研究和国家科学基金会的支持。

出版物：8月G. Domel等，“鲨鱼皮肤启发设计，改善空气动力学性能”，皇家社会接口，2018; DOI：10.1098 / rsif.2017.0828