貓頭鷹的翅膀可以教我們製造更安靜的飛機

圖片來源：Svoboda Pavel/Shutterstock.com

貓頭鷹已經掌握了安靜飛行的技巧，因此能在在毫無戒心的獵物頭上滑翔。現在，科學家們認為我們可以向貓頭鷹學習，讓我們的風力渦輪機和飛機安靜下來，而這一切都與貓頭鷹翅膀前部的鋸齒狀邊緣有關。

科學家已經通過計算機模型和風洞實驗證明了，這些鋸齒可以幫助我們降低空氣穿過金屬時所產生的噪音。

來自日本千葉大學的研究小組發現，貓頭鷹翅膀前緣的鋸齒能控制湍流和流線型氣流之間的轉換，同樣的原理也可以應用在我們自己的機器上。

這項研究的帶頭人Hao Liu表示：「貓頭鷹因為擁有獨特的翅膀，可以無聲飛行而聞名於世，這些特徵通常包括了前緣鋸齒、後緣條紋，以及天鵝絨般的表面。」

「我們想了解這些特性如何影響空氣動力的產生和噪音的降低，以及它們是否可以應用於其它地方。」

研究人員將受到貓頭鷹翅膀啟發的翼形模型組合在一起，並在缺少前緣鋸齒的情況下對其進行測試。先前的研究已經突出表明了貓頭鷹翅膀的梳狀鋸齒，但研究人員始終不太了解它們的作用。

於是研究人員在一個大型的渦流模擬和低速風洞實驗中，用粒子圖像測速技術（PIV）測試了這些翼形模型。這種渦流模型是科學家用來研究氣流的標準數學模型。

事實證明，翅膀的前緣鋸齒可以被動地控制在0到20度的攻擊角度（AoA）之間，控制層流（穩定的）氣流和在機翼上表面的湍流氣流之間的過渡轉換。該攻擊角度指的是機翼的角度和氣流方向之間的關係。

換句話說，這些鋸齒對於控制空氣動力和聲音的產生是至關重要的：它們打散了撞擊在機翼上的急速氣流中的高頻漩渦，將其變成了更小、更安靜的漩渦。

科學家研究發現，力量生產和噪音抑制之間存在著一種平衡。在AoA不到15度的地方，與乾淨的鉛邊緣相比，鋸齒形的前緣降低了空氣動力學性能。

一旦這個角度超過15度——就像貓頭鷹在飛行中一樣，空氣動力性能和降噪就都會得到改善。

要把這些發現都成功地在渦輪機、飛機以及任何天上飛的東西身上付諸實踐，我們還有很長一段路要走。但是現在的研究都能為後人所借鑒。

Liu說道：「如果是應用於風力渦輪機葉片、飛機機翼或無人機旋翼，這些從貓頭鷹獲得靈感的前沿鋸齒，可以為流量控制和降噪提供有用的仿生設計。」

「比如說，當噪音問題是建造風力渦輪機的主要障礙之一時，提供一種能夠減少噪音的方法是最受歡迎的。」

該研究已發表在《生物靈感與仿生學》雜誌上。

蝌蚪五線譜編譯自sciencealert，譯者 狗格格，轉載須授權

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