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访中国西北工业大学:科技创新如何源于自然而高于自然?

2023-05-30 20:09:30 来源:国内首家 作者:小红帽 编辑:admin

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  中新社西安5月30日电 (记者 李纯)从秦岭竹叶到飞机除冰,从沙垄结构到减少风阻,从遨游深蓝到振翅苍穹,面对科研道路上的一个个难题,中国西北工业大学相关研究团队从自然中寻找科技创新的灵感,实现多项重大突破。

  正值国防科技工业科技创新大会在陕西省西安市举行之际,中新社记者来到西北工业大学,探访科技创新如何源于自然而高于自然。

  用“竹叶”为飞机“贴膜”

  在电影《钢铁侠》中,马克2型战衣的首次试飞因为结冰问题险些“翻车”。对于飞机而言,一旦机身表面积冰,轻则影响气动外形、电子传感等,重则可能造成事故甚至坠毁。飞机防除冰的重要性不言而喻。

  如何实现飞机表面更不易结冰?西工大苑伟政、何洋教授团队师生攀登秦岭时,在白雪皑皑中看到了绿色的箭竹。研究发现,竹叶独特的表面结构正是其不易结冰的原因。从微观层面复刻叶片表面,科研团队采用仿生微纳技术,研制出具有防除冰效果的“疏冰蒙皮”。

  经过冰风洞实验和高寒地区飞行实验,“疏冰蒙皮”的防除冰效果及强度、可靠性均得到验证。中国空气动力研究与发展中心冰风洞测试报告认为,这项研究“与目前公开报道的国际上同类研究相比,超过国际先进水平”。

  更像鸟儿一样飞翔

  飞机的出现实现了人类“像鸟儿一样飞翔”的夙愿。随着仿生飞行技术的发展,未来的飞行方式或将更加“像鸟儿一样”。

  仿生扑翼飞行器是模仿鸟类等生物扑动翅膀的飞行方式。在微小型飞行器尺度上,这样的飞行方式具备实现更高效飞行的潜力,且具有较强的机动性。不仅如此,仿生扑翼飞行器的起降不受场地限制,更为便携、隐蔽,未来可以实现快速起飞、长距巡航等功能。

  过去20多年来,西工大宋笔锋教授研究团队深耕仿生飞行技术领域,自主研制的“云.”仿生扑翼飞行器已通过国家专业认证机构的现场检测,单次连续飞行时间达到154分钟,创造世界纪录。团队研制的仿生扑翼飞行器在全国20余个地区完成3000余架次的任务飞行,可以在零下10摄氏度至40摄氏度、4级风及小雨雪环境下使用。

  水下航行器同鱼群混游

  从学校泳池到大洋深处,一条“魔鬼鱼”在波浪中扇动翼状的鱼鳍,一系列动作自然流畅,乍看之下与海中生物别无二致。这是西工大航海学院自主研发的仿蝠鲼柔体潜水器,目前已完成1025米大深度滑翔与扑翼一体推进海试。

  蝠鲼又称“魔鬼鱼”,是一种生活在热带和亚热带海域的软骨鱼类,具有流线型的扁平躯体。这种形态有利于游动推进、下潜滑行,在运动流场中能够有效借助流体能量实现更高效率的滑行运动。

  “它和蝠鲼的滑翔、拍动相似程度已经接近90%。”据项目团队负责人潘光教授介绍,这款仿生水下航行器可以在海洋牧场中与鱼群混游,监视海洋牧场鱼群健康状态,还能进一步增加声学、磁学传感等载荷,对未来海洋环境的保护与开发具有应用价值。

  在沙垄上寻找“最优解”

  减阻是航空航天领域长期关注的重点。通过模仿中国库姆塔格沙漠特有的沙垄结构,西工大创新团队设计出仿沙垄舌形多层分形减阻微纳结构。数据显示,该结构减阻率较此前国际报道的最好水平提高了52%,突破了半个世纪以来相关减阻技术的性能极限。

  谈及为何选择沙漠作为仿生研究对象,该团队教授何洋表示,自然界遵循最小阻力原则,物质会沿着最小阻力路径运动。这说明风在通过这些地貌结构形成的路径时,能量损失最小,也意味着这种沙垄结构表面对风的阻力最小。

  库姆塔格沙漠特殊的风向条件和沙垄结构为团队带来了研究灵感。“格物致知、师法自然,这或许就是大自然给出的降低风阻的‘最优解’。”团队负责人苑伟政教授如是说。(完) 【编辑:刘阳禾】

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