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TUhjnbcbe - 2020/7/31 11:24:00

航空飞行小知识:飞机设计制造中的仿生学,航空母舰中的仿生学


仿生学是一门模仿生物的特殊本领,利用生物的结构和功能原理来研制机械或各种新技术的科学。日常生活中的很多发明都来源于自然界的仿生原理,飞机的设计制造也不例外。


机翼曲线与鸟类。1800年左右,英国科学家、空气动力学的创始人之一凯利,模仿山鹬的纺锤形,找到阻力小的流线型结构。凯利还模仿鸟翅设计了一种机翼曲线,对航空技术的诞生起了很大的促进作用。同一时期,法国生理学家马雷,对鸟的飞行进行了仔细的研究,在他的着作《动物的机器》一书中,介绍了鸟类的体重与翅膀面积的关系。德国人亥姆霍兹也从研究飞行动物中,发现飞行动物的体重与身体的线度的立方成正比。亥姆霍兹的研究指出了飞行物体身体大小的局限。人们通过对鸟类飞行器官的详细研究和认真的模仿,根据鸟类飞行机构的原理,终于制造了能够载人飞行的滑翔机。


雷达导航与蝙蝠。蝙蝠是在夜里飞行的,还能捕捉飞蛾和蚊子;而且无论怎么飞,从来没见过它跟什么东西相撞。为了弄清楚这个问题,100多年前,科学家做了三次不同的试验证明,蝙蝠夜里飞行,靠的不是眼睛,它是用嘴和耳朵配合起来探路的。它能够用嘴发出超声波后,在超声波接触到障碍物反射回来时,用双耳接收到。科学家模仿蝙蝠探路的方法,给飞机装上了雷达。雷达通过天线发出无线电波,无线电波遇到障碍物就反射回来,显示在荧光屏上。驾驶员从雷达的荧光屏上,能够看清楚前方有没有障碍物,所以飞机在夜里飞行也十分安全。


翼尖小翼与鹰隼。飞机在飞行中由于上下压差的不同,翼尖附近机翼下表面空气会绕流到上表面,形成翼尖涡,致使翼尖附近区域机翼上下表面的压差降低,从而导致这一区域产生的升力降低。这是产生诱导阻力的根源。人们通过长期观察自然界大型鸟类,比如鹰和隼,发现它们在飞行中展开翅膀向上偏折翅尖羽毛以减小阻力,从而实现远距离滑翔。受此启发,有专家提出在翼尖加装短板来减小诱导阻力的想法。后来,设计师们不断研究,发明了翼尖小翼,并将其安装在运输飞机上,以减小飞机的阻力。


机身蒙皮与蒙古弓。飞机的机身是由蒙皮包裹的,然后再将受力传递到翼梁和翼肋。同时,蒙皮的完整性也影响着飞机整体的气动性能。因此,蒙皮的强度关系到整架飞机的结构安全。数百年前蒙古铁骑的战弓引起了设计师们的兴趣。为适应马上作战,蒙古弓要做的短小,但又要保证弓的强度。聪明的古人采用了复合材料的方法,他们用水牛角和鹿腱来加强弓的强度。设计师们由此获得启发,将玻璃纤维与铝合金相结合,完成了适应现代大飞机要求的复合材料。

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