仿生技術(shù)在航空飛行器上的應(yīng)用

劉文五

摘 要：隨著社會(huì)的發(fā)展與進(jìn)步，植物與動(dòng)物也在幾百萬(wàn)年的時(shí)間內(nèi)不斷進(jìn)步，并趨向完美。仿生技術(shù)，主要所指將工程技術(shù)與生物科學(xué)相結(jié)合，并在近年來(lái)不斷發(fā)展。仿生技術(shù)可以應(yīng)用在多個(gè)行業(yè)，更被廣泛應(yīng)用在航空飛行器上，不僅能夠提升航空飛行器性能，更符合現(xiàn)代社會(huì)的節(jié)能環(huán)保理念，為企業(yè)帶來(lái)巨大利潤(rùn)空間。本文對(duì)仿生技術(shù)在航空飛行器的應(yīng)用加以分析，希望能夠進(jìn)一步推動(dòng)行業(yè)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：仿生技術(shù);航空飛行器;應(yīng)用分析

航空飛行器的靈感多來(lái)源于自然生態(tài)環(huán)境中，像是植物以及動(dòng)物的特征，對(duì)其不斷研究，利用模仿來(lái)解決飛行中所面對(duì)的諸多問(wèn)題，對(duì)航空航天業(yè)發(fā)展具有重要意義。仿生學(xué)為生物與技術(shù)架起應(yīng)用橋梁，植物與動(dòng)物在不斷進(jìn)步中不斷完善，合理利用植物與生物結(jié)構(gòu)、特質(zhì)以及功能，能夠解決多數(shù)技術(shù)難題，并實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換以及信息控制，將仿生技術(shù)應(yīng)用在已有的技術(shù)工程中，并通過(guò)創(chuàng)新，創(chuàng)造出更多的工藝構(gòu)造與自動(dòng)化裝置。

1.動(dòng)物仿生技術(shù)在航空飛行器中的應(yīng)用研究

1.1蜻蜓膜翅

（1）膜翅特點(diǎn)

蜻蜓具有優(yōu)秀飛行能力，隨著仿生技術(shù)研究深入，對(duì)蜻蜓膜翅研究，已經(jīng)成為當(dāng)前仿生技術(shù)的主要研究對(duì)象。對(duì)蜻蜓膜翅進(jìn)行測(cè)量，其膜翅僅占自身重量的1-2%。但是，蜻蜓在日常的飛行中，其膜翅卻具有極高的穩(wěn)定性與承受能力。如果可以將其應(yīng)用在航空飛行器中，航空飛行器的質(zhì)量與性能勢(shì)必得到大幅度提升。

（2）膜翅結(jié)構(gòu)與應(yīng)用

蜻蜓的膜翅，主要由翅膜與支撐翅膜的沿翅翼縱向外延主翅脈與支翅脈構(gòu)成，該構(gòu)造為堅(jiān)固的類桁架結(jié)構(gòu)。膜翅中的結(jié)構(gòu)，能夠有效提升其飛行中抗彎能力，并有效防止整個(gè)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)屈曲。對(duì)蜻蜓膜翅成立結(jié)構(gòu)加以全面分析。如果將該結(jié)構(gòu)應(yīng)用在航空飛行器中，針對(duì)機(jī)身加強(qiáng)框加以設(shè)計(jì)，并根據(jù)其主應(yīng)力與承載的主要方向，進(jìn)行鋼筋的布置工作，并根據(jù)主翅脈的特殊結(jié)構(gòu)，對(duì)其多孔構(gòu)造進(jìn)行多次的加筋設(shè)計(jì)，進(jìn)而形成拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，能夠滿足現(xiàn)代航空航天業(yè)對(duì)飛行器的要求，進(jìn)而提升結(jié)構(gòu)的最大承受能力，使材料的性能得以全面優(yōu)化。此外，蜻蜓在正常地飛行過(guò)程中，其膜翅震動(dòng)所產(chǎn)生的氣流，不同于大氣中的局部區(qū)域不穩(wěn)定氣流。蜻蜓的膜翅可以利用自身所產(chǎn)生的渦旋氣流，并借助極小推動(dòng)力就能完成飛翔，具有極強(qiáng)的飛行能力。蜻蜓在飛翔中，僅依靠?jī)申?duì)膜翅進(jìn)行拍打，在飛行中，前后翅交替震動(dòng)。根據(jù)蜻蜓膜翅的特點(diǎn)，相關(guān)航空飛行器研究專家，制造出仿生蜻蜓膜翅撲翼飛行器，該飛行器模仿蜻蜓膜翅，具有交替震動(dòng)能力，并通過(guò)拍打進(jìn)行角度調(diào)整，使飛行穩(wěn)定性得到大幅度提升。

1.2蠅的復(fù)眼

蠅類復(fù)眼多有上千只小眼構(gòu)成兩個(gè)半球，兩個(gè)半球?qū)ΨQ分布在蠅類的頭部?jī)蓚?cè)，上千只的復(fù)眼，每一個(gè)都類似成像制導(dǎo)中的探測(cè)器，具有一定的探測(cè)角度。但是，蠅類復(fù)眼由諸多小眼構(gòu)成，諸多小眼組合在一起，能夠以探測(cè)目標(biāo)為中心，進(jìn)行左右眼的綜合探測(cè)，對(duì)蠅類視覺系統(tǒng)進(jìn)行研究，其中有大場(chǎng)景系統(tǒng)與小場(chǎng)景洗頭構(gòu)成，蠅類復(fù)眼的特殊結(jié)構(gòu)，使其具有極強(qiáng)探測(cè)能力。如果在導(dǎo)彈制的系統(tǒng)中，將其加以應(yīng)用，并利用大場(chǎng)景對(duì)導(dǎo)彈的飛行路線加以掌控，同時(shí)，結(jié)合小場(chǎng)景對(duì)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)加以全方位監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)跟蹤與凝視。在仿生技術(shù)中，對(duì)蠅類復(fù)眼加以與研究，可以應(yīng)用飛機(jī)的紅外探測(cè)、夜視等方面，具有較為廣闊的應(yīng)用前景。

1.3鯊魚體表

鯊魚的體表，被菱形盾鱗所覆蓋，多數(shù)盾鱗的長(zhǎng)度在 100μm-200μm之間，盾鱗表面程釉質(zhì)，鯊魚表面的盾鱗硬度高，其具體形態(tài)因鯊魚部位不同，也存在一定差異。鯊魚盾鱗之上的結(jié)構(gòu)，能夠優(yōu)化鯊魚表流體邊界層結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)使鯊魚在水中所受阻力降低。在20世紀(jì)80年代，就已經(jīng)對(duì)鯊魚盾鱗肋條結(jié)構(gòu)加以研究，并將其應(yīng)用在航空飛行器中，進(jìn)而降低摩擦所產(chǎn)生的阻力。對(duì)目前的航空飛行器加以分析，肋條結(jié)構(gòu)多應(yīng)用在飛機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)葉片、流體輸送管中，具有極強(qiáng)的降阻能力，降低飛行過(guò)程對(duì)燃料的消耗，進(jìn)而提升飛行的速度、延長(zhǎng)飛機(jī)航程與時(shí)間。

2.植物仿生技術(shù)在航空飛行器中的應(yīng)用研究

2.1槭樹種子

航空飛行器研究專家，對(duì)槭樹種子特殊結(jié)構(gòu)以及飛行方式加以分析，并根據(jù)其特點(diǎn)，研發(fā)出可以在空中盤旋滑翔的小型無(wú)人駕駛機(jī)。該飛行器，由兩個(gè)可運(yùn)動(dòng)部分與攝像部分構(gòu)成，并通過(guò)遠(yuǎn)程的計(jì)算機(jī)計(jì)算，進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控操作。在小型無(wú)人機(jī)飛行器研究中，模擬槭樹種子的自旋功能，并對(duì)其自選穩(wěn)定性加以分析，并將其與飛行器的機(jī)翼設(shè)計(jì)相結(jié)合，進(jìn)而保障其穩(wěn)定性。同時(shí)，在小型無(wú)人機(jī)的設(shè)計(jì)中，在動(dòng)力系統(tǒng)的研究中，也參照槭樹的自旋功能，對(duì)無(wú)人機(jī)的尾部螺旋槳進(jìn)行設(shè)計(jì)，進(jìn)而使無(wú)人機(jī)能夠在空中進(jìn)行盤旋。該飛行器的研究，可以應(yīng)用在不利于警方的情況下，解決一些危險(xiǎn)問(wèn)題，對(duì)社會(huì)發(fā)展具有積極意義。

2.2荷葉效應(yīng)

荷葉在日常生活中較為常見，荷花顏色亮麗、荷葉青蔥欲滴，無(wú)論是大人或是孩童，在荷塘邊，難免會(huì)觸摸荷花與荷葉，在觸摸荷葉的同時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)荷葉的表面像毛玻璃一樣粗糙?？蒲腥藛T在顯微鏡下，對(duì)荷葉的表面進(jìn)行觀察，像毛玻璃一樣的荷葉，是細(xì)小的突起所組成。這種細(xì)小的突起，尺寸在10-12微米左右，其深度多在12-15微米之間，該突起結(jié)構(gòu)之上，具有更小的突起，直徑只有200個(gè)納米，該突起為荷葉表面分泌物，像蠟質(zhì)結(jié)晶。蠟質(zhì)結(jié)晶在顯微鏡下進(jìn)行觀察，多為毛發(fā)或是線狀結(jié)構(gòu)。在顯微鏡下，對(duì)荷葉表面進(jìn)行觀察，荷葉的表面像多個(gè)小山頭所組成，這些不同的山頭上，有疊加更小的納米山。不同的突起之間，雖然縫隙較為狹窄。但是，也具有一定的間隙，這些間隙之間被空氣所填滿，此種結(jié)構(gòu)類似氣墊，可以將水滴與荷葉隔開。極小的間隙，即使荷葉表面會(huì)出現(xiàn)水滴，水滴也只能在小山頭的表面流走，水滴在滾動(dòng)的過(guò)程中，不僅能夠去除荷葉表面的灰塵，更能帶走細(xì)菌。在仿生技術(shù)研究中，已經(jīng)將荷葉表面結(jié)構(gòu)應(yīng)用在航空飛行器客機(jī)衛(wèi)生間中。對(duì)該技術(shù)不斷研究，在未來(lái)極有可能將該技術(shù)應(yīng)用在科技坐位以及地毯材料中。仿生技術(shù)，主要是將植物與生物結(jié)構(gòu)與現(xiàn)代科技相結(jié)合，對(duì)仿生技術(shù)的不斷研究，可以將更多仿生技術(shù)應(yīng)用在航空飛行器中，進(jìn)而提升航空飛行器質(zhì)量，改善航空飛行器結(jié)構(gòu)。

結(jié)束語(yǔ)

仿生學(xué)在機(jī)械年代不斷發(fā)展壯大，仿生學(xué)是將工程技術(shù)與生物科學(xué)相結(jié)合，并利用生物結(jié)構(gòu)，完善現(xiàn)代科技。在幾百年的不斷進(jìn)化中，生物與植物已經(jīng)趨向完美。仿生學(xué)的主要研究目的，就是在技術(shù)上，模仿進(jìn)化完善的動(dòng)物與植物功能?，F(xiàn)代社會(huì)科學(xué)技術(shù)進(jìn)步迅速，航空飛行器在現(xiàn)代科技支持下出現(xiàn)，并改變大眾的出行以及運(yùn)輸方式。航空飛行器，具有更快速度以及穩(wěn)定性。但是，在實(shí)際的飛行工作中，依舊存在故障問(wèn)題。由于飛行器本身特點(diǎn)，在空中飛行。一旦出現(xiàn)安全事故，不僅會(huì)造成經(jīng)濟(jì)損失，更會(huì)導(dǎo)致重大安全事故出現(xiàn)。所以，要從多方面對(duì)航空飛行器加以研究，并結(jié)合自然界的生物、植物結(jié)構(gòu)、習(xí)性特征，將其應(yīng)用在航空飛行器的設(shè)計(jì)與制造工作中。不僅可以提升其穩(wěn)定性與質(zhì)量，更能提高其整體飛行性能，在實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保理念發(fā)展的同時(shí)，為出行者提供安全環(huán)境，為企業(yè)帶來(lái)巨大經(jīng)濟(jì)效益。

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