中新社西安5月30日電 (記者 李純)從秦嶺竹葉到飛機(jī)除冰，從沙壟結(jié)構(gòu)到減少風(fēng)阻，從遨游深藍(lán)到振翅蒼穹，面對(duì)科研道路上的一個(gè)個(gè)難題，中國西北工業(yè)大學(xué)相關(guān)研究團(tuán)隊(duì)從自然中尋找科技創(chuàng)新的靈感，實(shí)現(xiàn)多項(xiàng)重大突破。
正值國防科技工業(yè)科技創(chuàng)新大會(huì)在陜西省西安市舉行之際，中新社記者來到西北工業(yè)大學(xué)，探訪科技創(chuàng)新如何源于自然而高于自然。
用“竹葉”為飛機(jī)“貼膜”
在電影《鋼鐵俠》中，馬克2型戰(zhàn)衣的首次試飛因?yàn)榻Y(jié)冰問題險(xiǎn)些“翻車”。對(duì)于飛機(jī)而言，一旦機(jī)身表面積冰，輕則影響氣動(dòng)外形、電子傳感等，重則可能造成事故甚至墜毀。飛機(jī)防除冰的重要性不言而喻。
如何實(shí)現(xiàn)飛機(jī)表面更不易結(jié)冰？西工大苑偉政、何洋教授團(tuán)隊(duì)師生攀登秦嶺時(shí)，在白雪皚皚中看到了綠色的箭竹。研究發(fā)現(xiàn)，竹葉獨(dú)特的表面結(jié)構(gòu)正是其不易結(jié)冰的原因。從微觀層面復(fù)刻葉片表面，科研團(tuán)隊(duì)采用仿生微納技術(shù)，研制出具有防除冰效果的“疏冰蒙皮”。
經(jīng)過冰風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)和高寒地區(qū)飛行實(shí)驗(yàn)，“疏冰蒙皮”的防除冰效果及強(qiáng)度、可靠性均得到驗(yàn)證。中國空氣動(dòng)力研究與發(fā)展中心冰風(fēng)洞測試報(bào)告認(rèn)為，這項(xiàng)研究“與目前公開報(bào)道的國際上同類研究相比，超過國際先進(jìn)水平”。
更像鳥兒一樣飛翔
飛機(jī)的出現(xiàn)實(shí)現(xiàn)了人類“像鳥兒一樣飛翔”的夙愿。隨著仿生飛行技術(shù)的發(fā)展，未來的飛行方式或?qū)⒏印跋聒B兒一樣”。
仿生撲翼飛行器是模仿鳥類等生物撲動(dòng)翅膀的飛行方式。在微小型飛行器尺度上，這樣的飛行方式具備實(shí)現(xiàn)更高效飛行的潛力，且具有較強(qiáng)的機(jī)動(dòng)性。不僅如此，仿生撲翼飛行器的起降不受場地限制，更為便攜、隱蔽，未來可以實(shí)現(xiàn)快速起飛、長距巡航等功能。
過去20多年來，西工大宋筆鋒教授研究團(tuán)隊(duì)深耕仿生飛行技術(shù)領(lǐng)域，自主研制的“云鸮”仿生撲翼飛行器已通過國家專業(yè)認(rèn)證機(jī)構(gòu)的現(xiàn)場檢測，單次連續(xù)飛行時(shí)間達(dá)到154分鐘，創(chuàng)造世界紀(jì)錄。團(tuán)隊(duì)研制的仿生撲翼飛行器在全國20余個(gè)地區(qū)完成3000余架次的任務(wù)飛行，可以在零下10攝氏度至40攝氏度、4級(jí)風(fēng)及小雨雪環(huán)境下使用。
水下航行器同魚群混游
從學(xué)校泳池到大洋深處，一條“魔鬼魚”在波浪中扇動(dòng)翼狀的魚鰭，一系列動(dòng)作自然流暢，乍看之下與海中生物別無二致。這是西工大航海學(xué)院自主研發(fā)的仿蝠鲼柔體潛水器，目前已完成1025米大深度滑翔與撲翼一體推進(jìn)海試。
蝠鲼又稱“魔鬼魚”，是一種生活在熱帶和亞熱帶海域的軟骨魚類，具有流線型的扁平軀體。這種形態(tài)有利于游動(dòng)推進(jìn)、下潛滑行，在運(yùn)動(dòng)流場中能夠有效借助流體能量實(shí)現(xiàn)更高效率的滑行運(yùn)動(dòng)。
“它和蝠鲼的滑翔、拍動(dòng)相似程度已經(jīng)接近90%?！睋?jù)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人潘光教授介紹，這款仿生水下航行器可以在海洋牧場中與魚群混游，監(jiān)視海洋牧場魚群健康狀態(tài)，還能進(jìn)一步增加聲學(xué)、磁學(xué)傳感等載荷，對(duì)未來海洋環(huán)境的保護(hù)與開發(fā)具有應(yīng)用價(jià)值。
在沙壟上尋找“最優(yōu)解”
減阻是航空航天領(lǐng)域長期關(guān)注的重點(diǎn)。通過模仿中國庫姆塔格沙漠特有的沙壟結(jié)構(gòu)，西工大創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)出仿沙壟舌形多層分形減阻微納結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)顯示，該結(jié)構(gòu)減阻率較此前國際報(bào)道的最好水平提高了52%，突破了半個(gè)世紀(jì)以來相關(guān)減阻技術(shù)的性能極限。
談及為何選擇沙漠作為仿生研究對(duì)象，該團(tuán)隊(duì)教授何洋表示，自然界遵循最小阻力原則，物質(zhì)會(huì)沿著最小阻力路徑運(yùn)動(dòng)。這說明風(fēng)在通過這些地貌結(jié)構(gòu)形成的路徑時(shí)，能量損失最小，也意味著這種沙壟結(jié)構(gòu)表面對(duì)風(fēng)的阻力最小。
庫姆塔格沙漠特殊的風(fēng)向條件和沙壟結(jié)構(gòu)為團(tuán)隊(duì)帶來了研究靈感?！案裎镏轮?、師法自然，這或許就是大自然給出的降低風(fēng)阻的‘最優(yōu)解’?！眻F(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人苑偉政教授如是說。(完)