研究員利用3D打印研發(fā)受貓頭鷹翅膀啟發(fā)的超靜音渦輪葉片

了解貓頭鷹的人都知道，無論體型多大，它們都能安靜地在天空盤旋飛翔，以免被獵物發(fā)現(xiàn)，這一驚人能力啟發(fā)了研究人員。近日，愛荷華州立大學的研究人員貓頭鷹翅膀的啟發(fā)，用3D打印開發(fā)推進器葉片，可能會讓飛機、風力發(fā)電機和其他機器更安靜地運轉(zhuǎn)。據(jù)介紹，貓頭鷹之所以能做到這一點主要有三個原因：翅膀前端有細小的梳狀結(jié)構(gòu)；翅膀尾端有柔韌多孔的羽毛；羽毛上有一層松軟絨毛。

通過3D掃描各種貓頭鷹翅膀樣本，將其轉(zhuǎn)化為可以用于仿真軟件的數(shù)字3D模型，研究人員弄清楚了這三個羽毛特征是如何影響氣流、湍流和壓力，從而產(chǎn)生幾乎無聲的動作的。

但如何將這些有機特征復(fù)制到傳統(tǒng)上由硬質(zhì)合金制成的渦輪機葉片上？研究人員想到了3D打印。使用該技術(shù)，他們制造出具有鋸齒狀前緣的機翼，并發(fā)現(xiàn)這種機翼發(fā)出的噪音明顯比常規(guī)的前緣平坦的機翼更小，這種設(shè)計還同時降低了葉片表面后端的不穩(wěn)定壓力。雖然材料差別很大，對貓頭鷹翅膀上的微妙結(jié)構(gòu)的復(fù)制也產(chǎn)生了類似的效果。

研究人員也嘗試在葉片后緣附近3D打印小而薄的小鰭和檐篷。為了進行驗證，弗吉尼亞理工大學的研究人員被邀請來用他們的仿真軟件測試這些新設(shè)計。測試結(jié)果表明，這些受貓頭鷹啟發(fā)的設(shè)計在不犧牲性能的情況下降低了噪音。這可能會對風力渦輪機和飛機等設(shè)計產(chǎn)生很大的影響，這些設(shè)備的噪音排放或?qū)⒋蟠鬁p少。研究人員計劃繼續(xù)用3D打印來快速迭代新設(shè)計。

這項研究獲得了美國國家科學基金會為期五年一共50萬美元的資助，以及愛荷華州空間資助聯(lián)盟（Space Grant Consortium）10萬美元的資助。

來源：天 工 社
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