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(xué)的研究人員貓頭鷹翅膀的啟發(fā)，用3D打印開發(fā)推進(jìn)器葉片，可能會讓飛機(jī)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)和其他機(jī)器更安靜地運(yùn)轉(zhuǎn)。據(jù)介紹，貓頭鷹之所以能做到這一點(diǎn)主要有三個原因：翅膀前端有細(xì)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(jī)特征復(fù)制到傳統(tǒng)上由硬質(zhì)合金制成的渦輪機(jī)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(jī)翼，并發(fā)現(xiàn)這種機(jī)翼發(fā)出的噪音明顯比常規(guī)的前緣平坦的機(jī)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(jìn)行驗證，弗吉尼亞理工大學(xué)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(fēng)力渦輪機(jī)和飛機(jī)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(xué)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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