鱼是高度活跃的生物,它们持续在水中繁殖,以猎物为食,并躲避捕食者。这也意味着,鱼类消耗的大部分能量主要用于水环境中的运动(抵抗来自表面摩擦和压力阻力的阻力)。
鱼类对水流惊人的控制也使其受到科学家的关注,以期从鱼类天然的减少水流阻力的有效策略中得到帮助。
近日,伦敦大学的研究团队进行的一项新的研究表明,鱼鳞片阵列会在动物表面产生条纹状的基流,这为减少阻力(阻碍飞机在空中运动的空气动力)提供了重要线索。该小组的研究发表在《科学报告》和《实验生物学杂志》上。
具体来说,通过数字显微镜,研究人员测量了欧洲鲈鱼(dicentrarcuslabrax)鳞片图案的表面拓扑结构,并用计算机辅助设计模型进行了几何重建。
随后,研究人员利用计算流体力学(CFD)对鲈鱼和鲤鱼的流动方式进行了可视化研究,证实了鲈鱼和鲤鱼的鳞片以一种规律的方式存在,并且发现,鱼表面上的重叠区域会导致流体在顶部流动时发生锯齿形运动。而这些重叠区域会产生“杂散流”,从而抵消Tollmien-Schlichting 波(导致湍流的不稳定振荡),最终将皮肤摩擦阻力降低了 25% 以上。
研究人员表示,在空气动力学表面上实现这种模式的技术实现,将为大幅降低燃油消耗和未来的零排放飞行铺平道路。
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