3月27日,記者從西北工業(yè)大學獲悉,該??仗煳⒓{系統(tǒng)創(chuàng)新團隊在飛行器減阻方面取得突破性進展。該團隊通過模仿我國庫姆塔格沙漠特有的舌狀分形沙壟結(jié)構(gòu),設計出仿沙壟舌形多層分形減阻微納結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)減阻率較之前國際報道的最高水平提高了52%。
△仿沙壟舌形分形結(jié)構(gòu)貼膜與結(jié)構(gòu)顯示圖
為何選擇沙漠作為仿生對象?
研究團隊何洋教授介紹,沙粒在風的搬運堆積下自然形成沙壟,并在沙壟表面形成了具有一定起伏規(guī)律的地貌結(jié)構(gòu)。而自然界遵循最小阻力原則,即所有的物質(zhì)都會沿著最小阻力路徑運動。這說明風在通過這些地貌結(jié)構(gòu)形成的路徑中時能量損失最小,也就意味著這種沙壟結(jié)構(gòu)表面對風的阻力最小。5年來,團隊多次前往新疆、甘肅、內(nèi)蒙古的沙漠地形開展實地考察,分析沙丘形態(tài)、沙壟結(jié)構(gòu)、沙粒特征等,掌握了大量第一手數(shù)據(jù),最終選定庫姆塔格沙漠作為研究對象。
△庫姆塔格沙漠沙壟形狀特征
庫姆塔格沙漠橫臥于阿爾金山與羅布泊之間,受獨特地形影響,8級以上大風天數(shù)占全年近三分之一,且來風方向并不固定,因此其沙壟表面形成了世界獨有的“舌形分形結(jié)構(gòu)”。這種特殊的風向條件和不同尋常的結(jié)構(gòu)賦予了團隊研究靈感。
知道仿生對象≠能做出仿生對象
研究團隊基于無量綱粘性長度的縮放,經(jīng)建模及模擬驗證設計出了仿沙壟分形微納結(jié)構(gòu)。針對現(xiàn)有的微納結(jié)構(gòu)加工方式靈活度低、難以實現(xiàn)復雜構(gòu)型加工的問題,團隊在前期掌握了MEMS(微機電系統(tǒng))芯片制造技術(shù)優(yōu)勢的基礎上,創(chuàng)造性地提出基于多重掩模的三重光刻方法,有效提升加工精度與效率,實現(xiàn)了多層高深異構(gòu)復合微結(jié)構(gòu)的精確制造。
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