仿生技术与力学.ppt

2003年10月 第二十九页，共四十九页，2022年，8月28日 2003年10月 新进展----------纳米结构 第三十页，共四十九页，2022年，8月28日 2003年10月 主動壁 (active wall motion)： 這種減阻方法主要是藉著物體表面的活動來改變紊性邊界層中原有的結構與速度分布。但是牽涉到如何藉著微偵測器感應紊性邊界層中的流場速度變化，再加以適當地讓物體表面的活動，困難度相當高，目前有的研究成果並不多。但隨著微機電系統 (Micro Electro-Mechanical System, MEMS) 的日漸成熟，或許將來大有可為。 第三十一页，共四十九页，2022年，8月28日 2003年10月 表面材質或分泌物： 科學家研究魚類及鯨豚類的皮膚時還發現，牠們的皮膚會分泌特殊的分泌物覆蓋在表皮上。因而，科學家又想到另一類改變摩擦阻力的方法。這種改變表面材質的減阻方法有三類： 第三十二页，共四十九页，2022年，8月28日 2003年10月 塗裝： 藉著在物體表面塗裝不同的漆料，以不同的化學性質改變物體表面與流體的摩擦係數，以減低摩擦阻力。這種表面加工技術對人類而言是最簡便的，只要找對塗裝漆料就似乎大功告成。然而，如何發現適當的塗料，什麼塗料適合何種運動，以及在應用上須克服的腐蝕與剝落等問題，都是亟待努力研究的。 第三十三页，共四十九页，2022年，8月28日 2003年10月 微泡 (micro-bubble injection )： 與表面構造類的技術一樣，微泡注入法也是想藉著改變紊性邊界層中原有的結構與速度分布，來減低阻力。其原理是利用氣體與邊界層中液體不同的密度與速度來改變流場結構與速度分布。目前已發現微泡需注入紊性邊界層中的 buffer layer 才有明顯效果 第三十四页，共四十九页，2022年，8月28日 船舶航行时与水接触，由于水的粘性作用产生摩擦阻力，并且与水接触面积的大小成正比。所以设法用一层空气将船体与水隔开，减少船体与水的接触，将有效地降低船舶航行的阻力。 船舶应用薄层气膜减阻节能技术的国内外市场。在船底形成一层薄层空气膜的简单有效的技术措施，可实现船舶阻力降低15-30%,可使高速船航速提高20%左右。 第三十五页，共四十九页，2022年，8月28日 仿生技术与力学 2003年10月08日 第一页，共四十九页，2022年，8月28日 2003年10月 仿生技术 仿生学（bionics）仿生学研究如何制造具有生物特征的人工系统。 美国空军军官J·E斯蒂尔少校1958年首创仿生学。 第二页，共四十九页，2022年，8月28日 2003年10月 1960年全美第一届仿生学讨论会正式建立了仿生学学科。 40多年来其研究范围主要包括：力学仿生、能量仿生、分子仿生和信息与控制仿生。形成了数学、物理学、化学、技术科学与生物学相融合的边缘交叉学科。 第三页，共四十九页，2022年，8月28日 2003年10月 仿生 1鸟的翅膀功能：上升力、推动力。飞机双翼的功能：上升力，推动力需发动机装置。? 2、鸟的骨质中空结构使身体重量减轻，适宜在空中飞行。飞机为了减轻机身重量，采用铝 合金、ABS工程塑料等轻型材料。? 3、鸟的自由流畅的外型可减少阻力，飞机的流线型仿鸟在冲刺状的形态。 第四页，共四十九页，2022年，8月28日 第五页，共四十九页，2022年，8月28日 翼端涡流 第六页，共四十九页，2022年，8月28日 2003年10月 第七页，共四十九页，2022年，8月28日 2003年10月 第八页，共四十九页，2022年，8月28日 2003年10月 第九页，共四十九页，2022年，8月28日 2003年10月 第十页，共四十九页，2022年，8月28日 2003年10月 空中悬停 第十一页，共四十九页，2022年，8月28日 2003年10月 蝙蝠翅膀形态 第十二页，共四十九页，2022年，8月28日 2003年10月 非稳定机理 第十三页，共四十九页，2022年，8月28日 导涡装置 第十四页，共四十九页，2022年，8月28日 2003年10月 大自然中万物的空间形态、结构、特征，都是生命本能地适应生长、进化环境的结果 仿生形态设计是人们在长期向大自然学习的过程中，经过积累经验，选择和改进其功能、形 态，而创造的更优良、多样化的形态。 第十五页，共四十九页，2022年，8月28日 德国著名设计大师路易吉·科拉尼曾说：“设计的基础应来自诞生于大自然的生命所呈现的真理之中。” 这话道出了自然界蕴含着无尽设计宝藏的天机。仿生形态创造与设计的条件是，具有正确的认识事物、把握本质规律的方式、方法，锤炼自我创新思维能力。二是具有 扎实的生活基础，从自然界、人类社