飞机仿生学
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发布时间：2022-05-07 14:20
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时间：2022-06-30 07:04
仿生学是一门模仿生物的特殊本领，利用生物的结构和功能原理来研制机械或各种新技术的科学。日常生活中的很多发明都来源于自然界的仿生原理，飞机的设计制造也不例外。
机翼曲线与鸟类。1800年左右，英国科学家、空气动力学的创始人之一凯利，模仿山鹬的纺锤形，找到阻力小的流线型结构。凯利还模仿鸟翅设计了一种机翼曲线，对航空技术的诞生起了很大的促进作用。同一时期，法国生理学家马雷，对鸟的飞行进行了仔细的研究，在他的著作《动物的机器》一书中，介绍了鸟类的体重与翅膀面积的关系。德国人亥姆霍兹也从研究飞行动物中，发现飞行动物的体重与身体的线度的立方成正比。亥姆霍兹的研究指出了飞行物体身体大小的局限。人们通过对鸟类飞行器官的详细研究和认真的模仿，根据鸟类飞行机构的原理，终于制造了能够载人飞行的滑翔机。
雷达导航与蝙蝠。蝙蝠是在夜里飞行的，还能捕捉飞蛾和蚊子；而且无论怎么飞，从来没见过它跟什么东西相撞。为了弄清楚这个问题，100多年前，科学家做了三次不同的试验证明，蝙蝠夜里飞行，靠的不是眼睛，它是用嘴和耳朵配合起来探路的。它能够用嘴发出超声波后，在超声波接触到障碍物反射回来时，用双耳接收到。科学家模仿蝙蝠探路的方法，给飞机装上了雷达。雷达通过天线发出无线电波，无线电波遇到障碍物就反射回来，显示在荧光屏上。驾驶员从雷达的荧光屏上，能够看清楚前方有没有障碍物，所以飞机在夜里飞行也十分安全。
翼尖小翼与鹰隼。飞机在飞行中由于上下压差的不同，翼尖附近机翼下表面空气会绕流到上表面，形成翼尖涡，致使翼尖附近区域机翼上下表面的压差降低，从而导致这一区域产生的升力降低。这是产生诱导阻力的根源。人们通过长期观察自然界大型鸟类，比如鹰和隼，发现它们在飞行中展开翅膀向上偏折翅尖羽毛以减小阻力，从而实现远距离滑翔。受此启发，有专家提出在翼尖加装短板来减小诱导阻力的想法。后来，设计师们不断研究，发明了翼尖小翼，并将其安装在运输飞机上，以减小飞机的阻力。
机身蒙皮与蒙古弓。飞机的机身是由蒙皮包裹的，然后再将受力传递到翼梁和翼肋。同时，蒙皮的完整性也影响着飞机整体的气动性能。因此，蒙皮的强度关系到整架飞机的结构安全。数百年前蒙古铁骑的战弓引起了设计师们的兴趣。为适应马上作战，蒙古弓要做的短小，但又要保证弓的强度。聪明的古人采用了复合材料的方法，他们用水牛角和鹿腱来加强弓的强度。设计师们由此获得启发，将玻璃纤维与铝合金相结合，完成了适应现代大飞机要求的复合材料。
机翼震颤与蜻蜓。飞机在高速飞行的时候，机翼会发生颤振现象。也就是说，飞机的翅膀会不由自主地振动，这种有害的振动可能造成翼折人亡的惨剧。被誉为昆虫里“飞行之王”的蜻蜓，它在振翅飞行时，也会遇到有害的颤振现象。但是，神奇的造物者赋予了它们消除这种现象的方法。蜻蜓每一片翅膀前缘的上方，都有一块加厚的深色角质层或称色素斑，叫翅痣。这就是它们消除颤振隐患的特殊装置。科学家虚心向蜻蜓学习，在飞机机翼前端的边缘，像打补丁一样，安装了一块长方形的金属板，称为抗震颤装置。昆虫的小技巧，帮助人类解决了大问题。
机翼表面与海鸟。海鸟可以通过喙部察觉出空气中的阵风荷载量（Gust Load），并通过调节翅膀的形状抑制升力。运用此原理，新型的空客A350 XWB通过安装在机头的探测器可以检测风力并利用其可移动的机翼表面提高飞行效率。此设计可以进一步节能减排。
飞机涂料与鲨鱼皮。自适应表面的设计与开发是飞机设计具备显著环境适应性的领域，要从自然界寻找灵感。今天的民用客机，40%的阻力可归结于湍流边界层。连续的自适应表面可以破坏这层湍流然后消除蒙皮摩擦阻力。拉条（飞机表面顺气流方向的一行小沟）可以减少4-7%的蒙皮摩擦力。但是拉条很容易损坏，所以是个重大工程问题。不过，德国弗劳恩霍夫研究所设计了一种涂料，模仿鲨鱼皮并加入了类似拉条的小沟，可以用蜡纸版作为飞机最外侧涂层。该涂料包含纳米件，保证它可以抵挡紫外线而改变温度。研究所表示该涂料应用到飞机上可以每年节省448万吨燃油。
