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仿生技术在航空飞行器上的应用

时间:2022-04-11 09:03:34 浏览次数:

摘 要:随着社会的发展与进步,植物与动物也在几百万年的时间内不断进步,并趋向完美。仿生技术,主要所指将工程技术与生物科学相结合,并在近年来不断发展。仿生技术可以应用在多个行业,更被广泛应用在航空飞行器上,不仅能够提升航空飞行器性能,更符合现代社会的节能环保理念,为企业带来巨大利润空间。本文对仿生技术在航空飞行器的应用加以分析,希望能够进一步推动行业发展。

关键词:仿生技术;航空飞行器;应用分析

航空飞行器的灵感多来源于自然生态环境中,像是植物以及动物的特征,对其不断研究,利用模仿来解决飞行中所面对的诸多问题,对航空航天业发展具有重要意义。仿生学为生物与技术架起应用桥梁,植物与动物在不断进步中不断完善,合理利用植物与生物结构、特质以及功能,能够解决多数技术难题,并实现能量转换以及信息控制,将仿生技术应用在已有的技术工程中,并通过创新,创造出更多的工艺构造与自动化装置。

1.动物仿生技术在航空飞行器中的应用研究

1.1蜻蜓膜翅

(1)膜翅特点

蜻蜓具有优秀飞行能力,随着仿生技术研究深入,对蜻蜓膜翅研究,已经成为当前仿生技术的主要研究对象。对蜻蜓膜翅进行测量,其膜翅仅占自身重量的1-2%。但是,蜻蜓在日常的飞行中,其膜翅却具有极高的稳定性与承受能力。如果可以将其应用在航空飞行器中,航空飞行器的质量与性能势必得到大幅度提升。

(2)膜翅结构与应用

蜻蜓的膜翅,主要由翅膜与支撑翅膜的沿翅翼纵向外延主翅脉与支翅脉构成,该构造为坚固的类桁架结构。膜翅中的结构,能够有效提升其飞行中抗弯能力,并有效防止整个结构出现屈曲。对蜻蜓膜翅成立结构加以全面分析。如果将该结构应用在航空飞行器中,针对机身加强框加以设计,并根据其主应力与承载的主要方向,进行钢筋的布置工作,并根据主翅脉的特殊结构,对其多孔构造进行多次的加筋设计,进而形成拓扑网络结构。拓扑网络结构,能够满足现代航空航天业对飞行器的要求,进而提升结构的最大承受能力,使材料的性能得以全面优化。此外,蜻蜓在正常地飞行过程中,其膜翅震动所产生的气流,不同于大气中的局部区域不稳定气流。蜻蜓的膜翅可以利用自身所产生的涡旋气流,并借助极小推动力就能完成飞翔,具有极强的飞行能力。蜻蜓在飞翔中,仅依靠两队膜翅进行拍打,在飞行中,前后翅交替震动。根据蜻蜓膜翅的特点,相关航空飞行器研究专家,制造出仿生蜻蜓膜翅扑翼飞行器,该飞行器模仿蜻蜓膜翅,具有交替震动能力,并通过拍打进行角度调整,使飞行稳定性得到大幅度提升。

1.2蝇的复眼

蝇类复眼多有上千只小眼构成两个半球,两个半球对称分布在蝇类的头部两侧,上千只的复眼,每一个都类似成像制导中的探測器,具有一定的探测角度。但是,蝇类复眼由诸多小眼构成,诸多小眼组合在一起,能够以探测目标为中心,进行左右眼的综合探测,对蝇类视觉系统进行研究,其中有大场景系统与小场景洗头构成,蝇类复眼的特殊结构,使其具有极强探测能力。如果在导弹制的系统中,将其加以应用,并利用大场景对导弹的飞行路线加以掌控,同时,结合小场景对目标的运动加以全方位监测,实现跟踪与凝视。在仿生技术中,对蝇类复眼加以与研究,可以应用飞机的红外探测、夜视等方面,具有较为广阔的应用前景。

1.3鲨鱼体表

鲨鱼的体表,被菱形盾鳞所覆盖,多数盾鳞的长度在 100μm-200μm之间,盾鳞表面程釉质,鲨鱼表面的盾鳞硬度高,其具体形态因鲨鱼部位不同,也存在一定差异。鲨鱼盾鳞之上的结构,能够优化鲨鱼表流体边界层结构,该结构使鲨鱼在水中所受阻力降低。在20世纪80年代,就已经对鲨鱼盾鳞肋条结构加以研究,并将其应用在航空飞行器中,进而降低摩擦所产生的阻力。对目前的航空飞行器加以分析,肋条结构多应用在飞机的发动机叶片、流体输送管中,具有极强的降阻能力,降低飞行过程对燃料的消耗,进而提升飞行的速度、延长飞机航程与时间。

2.植物仿生技术在航空飞行器中的应用研究

2.1槭树种子

航空飞行器研究专家,对槭树种子特殊结构以及飞行方式加以分析,并根据其特点,研发出可以在空中盘旋滑翔的小型无人驾驶机。该飞行器,由两个可运动部分与摄像部分构成,并通过远程的计算机计算,进行远程遥控操作。在小型无人机飞行器研究中,模拟槭树种子的自旋功能,并对其自选稳定性加以分析,并将其与飞行器的机翼设计相结合,进而保障其稳定性。同时,在小型无人机的设计中,在动力系统的研究中,也参照槭树的自旋功能,对无人机的尾部螺旋桨进行设计,进而使无人机能够在空中进行盘旋。该飞行器的研究,可以应用在不利于警方的情况下,解决一些危险问题,对社会发展具有积极意义。

2.2荷叶效应

荷叶在日常生活中较为常见,荷花颜色亮丽、荷叶青葱欲滴,无论是大人或是孩童,在荷塘边,难免会触摸荷花与荷叶,在触摸荷叶的同时,会发现荷叶的表面像毛玻璃一样粗糙。科研人员在显微镜下,对荷叶的表面进行观察,像毛玻璃一样的荷叶,是细小的突起所组成。这种细小的突起,尺寸在10-12微米左右,其深度多在12-15微米之间,该突起结构之上,具有更小的突起,直径只有200个纳米,该突起为荷叶表面分泌物,像蜡质结晶。蜡质结晶在显微镜下进行观察,多为毛发或是线状结构。在显微镜下,对荷叶表面进行观察,荷叶的表面像多个小山头所组成,这些不同的山头上,有叠加更小的纳米山。不同的突起之间,虽然缝隙较为狭窄。但是,也具有一定的间隙,这些间隙之间被空气所填满,此种结构类似气垫,可以将水滴与荷叶隔开。极小的间隙,即使荷叶表面会出现水滴,水滴也只能在小山头的表面流走,水滴在滚动的过程中,不仅能够去除荷叶表面的灰尘,更能带走细菌。在仿生技术研究中,已经将荷叶表面结构应用在航空飞行器客机卫生间中。对该技术不断研究,在未来极有可能将该技术应用在科技坐位以及地毯材料中。仿生技术,主要是将植物与生物结构与现代科技相结合,对仿生技术的不断研究,可以将更多仿生技术应用在航空飞行器中,进而提升航空飞行器质量,改善航空飞行器结构。

结束语

仿生学在机械年代不断发展壮大,仿生学是将工程技术与生物科学相结合,并利用生物结构,完善现代科技。在几百年的不断进化中,生物与植物已经趋向完美。仿生学的主要研究目的,就是在技术上,模仿进化完善的动物与植物功能。现代社会科学技术进步迅速,航空飞行器在现代科技支持下出现,并改变大众的出行以及运输方式。航空飞行器,具有更快速度以及稳定性。但是,在实际的飞行工作中,依旧存在故障问题。由于飞行器本身特点,在空中飞行。一旦出现安全事故,不仅会造成经济损失,更会导致重大安全事故出现。所以,要从多方面对航空飞行器加以研究,并结合自然界的生物、植物结构、习性特征,将其应用在航空飞行器的设计与制造工作中。不仅可以提升其稳定性与质量,更能提高其整体飞行性能,在实现节能环保理念发展的同时,为出行者提供安全环境,为企业带来巨大经济效益。

参考文献:

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