中新網(wǎng)西安3月27日電 (記者 阿琳娜)記者27日從西北工業(yè)大學(xué)獲悉，該�？仗煳⒓{系統(tǒng)創(chuàng)新團隊日前在飛行器減阻方面取得突破性進展。該團隊通過模仿庫姆塔格沙漠特有的舌狀分形沙壟結(jié)構(gòu)，設(shè)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(fēng)向攝動角度從35°增加到了60°，減阻性能已突破半世紀以來小肋氣動減阻技術(shù)性能極限。
據(jù)介紹，減阻是航空航天領(lǐng)域長期關(guān)注的焦點，不僅影響著飛行器氣動外形設(shè)計與布局優(yōu)化，更對飛行器節(jié)能減排、降低運行成本有著重要的應(yīng)用價值。
近年來，區(qū)別于通過改變飛機氣動布局實現(xiàn)減阻的傳統(tǒng)手段，國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜裔槍Ω淖冿w機表面微觀結(jié)構(gòu)實現(xiàn)減阻開展了深入研究。如漢莎航空技術(shù)公司通過仿生“鯊魚皮”研制出一款飛機“貼膜”，經(jīng)試驗應(yīng)用于波音747-400飛機上，可有效降低飛行摩擦阻力。
但仿生“鯊魚皮”結(jié)構(gòu)在實際應(yīng)用中還存在著氣動減阻率較低、風(fēng)向魯棒性較差等問題，即在風(fēng)向發(fā)生變化時很難繼續(xù)保持原有的氣動減阻性能。為此空天微納系統(tǒng)教育部重點實驗室主任苑偉政教授與何洋教授團隊在國家自然科學(xué)基金重點項目支持下，經(jīng)過長期比對分析，基于相似準則提取條件特征，最終在茫茫沙漠找到了解決方案。
談及為何選擇沙漠作為仿生對象，何洋表示，沙粒在風(fēng)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(fēng)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(fēng)的阻力最小。
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(shè)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(fù)雜構(gòu)型加工的問題，團隊創(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(fù)合微結(jié)構(gòu)的精確制造。
此外，團隊自主研發(fā)、設(shè)計搭建了國際首座高分辨力微納減阻測量風(fēng)洞，為微納結(jié)構(gòu)流動測量提供有效手段。
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(xué)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。”團隊承擔(dān)的國家自然科學(xué)基金重點項目——“仿沙壟氣動減阻分形微納結(jié)構(gòu)及其制造技術(shù)”也以“優(yōu)秀”結(jié)題，評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(yīng)用�！�
“下一步，我們希望通過科技成果轉(zhuǎn)化，讓科研成果在大飛機、高鐵、風(fēng)力發(fā)電等多個領(lǐng)域投入使用，為節(jié)能減排、助力實現(xiàn)‘雙碳’目標提供新的解決方案�！痹穫フ硎�。(完)
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