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3D打印研发受猫头鹰翅膀启发的超静音涡轮叶片

了解猫头鹰的人都知道,无论体型多大,它们都能安静地在天空盘旋飞翔,以免被猎物发现,这一惊人能力启发了研究人员。近日,爱荷华州立大学的研究人员猫头鹰翅膀的启发,用3D打印开发推进器叶片,可能会让飞机、风力发电机和其他机器更安静地运转。据介绍,猫头鹰之所以能做到这一点主要有三个原因:翅膀前端有细小的梳状结构;翅膀尾端有柔韧多孔的羽毛;羽毛上有一层松软绒毛。
 

通过3D扫描各种猫头鹰翅膀样本,将其转化为可以用于仿真软件的数字3D模型,研究人员弄清楚了这三个羽毛特征是如何影响气流、湍流和压力,从而产生几乎无声的动作的。

但如何将这些有机特征复制到传统上由硬质合金制成的涡轮机叶片上?研究人员想到了3D打印。使用该技术,他们制造出具有锯齿状前缘的机翼,并发现这种机翼发出的噪音明显比常规的前缘平坦的机翼更小,这种设计还同时降低了叶片表面后端的不稳定压力。虽然材料差别很大,对猫头鹰翅膀上的微妙结构的复制也产生了类似的效果。

 
研究人员也尝试在叶片后缘附近3D打印小而薄的小鳍和檐篷。为了进行验证,弗吉尼亚理工大学的研究人员被邀请来用他们的仿真软件测试这些新设计。测试结果表明,这些受猫头鹰启发的设计在不牺牲性能的情况下降低了噪音。这可能会对风力涡轮机和飞机等设计产生很大的影响,这些设备的噪音排放或将大大减少。研究人员计划继续用3D打印来快速迭代新设计。
 
这项研究获得了美国国家科学基金会为期五年一共50万美元的资助,以及爱荷华州空间资助联盟(Space Grant Consortium)10万美元的资助。