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我國減阻研究取得突破進展：減阻性能已突破半個世紀以來小肋氣動減阻技術(shù)性能極限
近日，西北工業(yè)大學空天微納系統(tǒng)創(chuàng)新團隊在飛行器減阻方面取得突破性進展。該團隊通過模仿我國庫姆塔格沙漠特有的舌狀分形沙壟結(jié)構(gòu)，設計出仿沙壟舌形多層分形減阻微納結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)減阻率較之前國際報道的最好水平提高了52%，減阻風向攝動角度從35°增加到了60°，減阻性能已突破半個世紀以來小肋氣動減阻技術(shù)性能極限。
仿沙壟舌形分形結(jié)構(gòu)貼膜與結(jié)構(gòu)顯示圖
為何選擇沙漠作為仿生對象？
研究團隊何洋教授介紹，沙粒在風的搬運堆積下自然形成沙壟，并在沙壟表面形成了具有一定起伏規(guī)律的地貌結(jié)構(gòu)。而自然界遵循最小阻力原則，即所有的物質(zhì)都會沿著最小阻力路徑運動。這說明風在通過這些地貌結(jié)構(gòu)形成的路徑中時能量損失最小，也就意味著這種沙壟結(jié)構(gòu)表面對風的阻力最小。5年來，團隊多次前往新疆、甘肅、內(nèi)蒙古的沙漠地形開展實地考察，分析沙丘形態(tài)、沙壟結(jié)構(gòu)、沙粒特征等，掌握了大量第一手數(shù)據(jù)，最終選定庫姆塔格沙漠作為研究對象。
庫姆塔格沙漠沙壟形狀特征
庫姆塔格沙漠橫臥于阿爾金山與羅布泊之間，受獨特地形影響，8級以上大風天數(shù)占全年近三分之一，且來風方向并不固定，因此其沙壟表面形成了世界獨有的“舌形分形結(jié)構(gòu)”。這種特殊的風向條件和不同尋常的結(jié)構(gòu)賦予了團隊研究靈感。
知道仿生對象≠能做出仿生對象
研究團隊基于無量綱粘性長度的縮放，經(jīng)建模及模擬驗證設計出了仿沙壟分形微納結(jié)構(gòu)。針對現(xiàn)有的微納結(jié)構(gòu)加工方式靈活度低、難以實現(xiàn)復雜構(gòu)型加工的問題，團隊在前期掌握了MEMS（微機電系統(tǒng)）芯片制造技術(shù)優(yōu)勢的基礎上，創(chuàng)造性地提出基于多重掩模的三重光刻方法，有效提升加工精度與效率，實現(xiàn)了多層高深異構(gòu)復合微結(jié)構(gòu)的精確制造。
仿沙壟舌形分形結(jié)構(gòu)設計圖
檢測報告：減阻效果超過已知公開報道的最高水平
團隊自主研發(fā)、設計搭建了國際首座高分辨力微納減阻測量風洞，為微納結(jié)構(gòu)流動測量提供有效手段，該系統(tǒng)總剪切力分辨力精確至2.5×10-6N，與人的呼吸氣流作用在一張名片表面的氣動摩擦力大小相當，為公開報道國際風洞剪切力測量的最好結(jié)果。
實驗室已建成的微納減阻測量風洞
經(jīng)多輪試驗與結(jié)構(gòu)優(yōu)化，最終翼型葉柵空氣動力學國家級重點實驗室出具檢測報告表明：“仿沙壟減阻微納結(jié)構(gòu)蒙皮具有顯著的減阻效果，超過已知公開報道的最高水平?！痹u議專家高度評價該項目為“研究工作取得突出結(jié)果，建議拓展工程應用”。
（總臺記者 吳成軒 劉海濤）
- 原標題：沙漠中找答案 我國減阻研究取得突破進展
- 責任編輯: 房佶宜
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