座头鲸鳍肢在不同领域的仿生流体力学应用

   2018-10-30 14:53

大自然的鬼斧神工,使得许多生物具有的功能能迄今比任何人工制造的机械都优越得多,仿生学就是要在工程上实现并有效地应用生物功能的一门学科。Zipp的工程师正是受座头鲸鳍肢造型启发,创造了454 NSW和858 NSW系列轮组。而座头鲸的仿生流体力学应用,远不止此。

c5be0eaca2660417fa41c4e886d34b1a.jpg大部分鲸鱼和其他鲸目动物的鳍肢,前缘都是平滑的。可是,座头鲸鳍肢的前缘上却有一些很特别的凸块,叫做结节。座头鲸游动的时候,水会流过这些结节,形成许多小旋涡。

这种“结节效应”能为座头鲸提供更多浮力,因此它大幅度转动鳍肢时,也不会失速,那些结节甚至能减少水阻力。由于座头鲸的鳍肢很长,差不多有它身长的三分之一,所以减低水阻力对它来说很重要。正因如此,各领域研究人员利用仿生学,设计出更为高效的各类产品。

Whalepower涡轮叶片

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2007年,加拿大的能源机构Whalepower公司测试了这种风力发动机上的新型叶片。他们把涡轮典型的光滑叶片进行了重新设计,在结节的地方新加入了一组齿轮,如同鲸鳍的凸起一般。

鲸鳍有适当的倾斜坡度是能够帮助它更好的在海水中上升和下降。但是倾斜的太多则有反效果——停滞。在涡轮叶片中加入这种类似于结节这样的结构能防止停滞现象的出现,并允许最大角度的倾斜。在弱风情况下,有一定倾斜角度的叶片在理论上是可以产生更多的能量。

日立中央空调

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日立中央空调采用专利仿生学竖摆叶设计,部分摆叶如同猫头鹰锯齿状翅膀一样,其齿形摆叶设计能够减少摆叶边缘附近的气流涡旋,使得送风气流分布更加均匀,降低送风噪音。而齿状竖摆叶最大程度上避免气流涡旋带来的摆叶颤振,防止可能带来的共振;部分摆叶如同座头鲸一般,齿状竖摆叶可以降低气流沿程阻力损失,提供能量的利用率。

Fluid Earth冲浪板

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座头鲸翅膀前侧有一些波纹结构,这帮助这种庞然大物更加优雅流畅地在水流中前行。这种结构能够帮助减少阻力,并帮助座头鲸“抓住”水流,从而确保它尽管拥有巨大身躯,仍能敏捷行动。受此启发,冲浪板生产商“流体地球”(Fluid Earth)生产了拥有波纹状前端的特质冲浪板。

北京东石北美牧场科技-风神II代风扇

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风神II代-鲸翼大吊扇(又称为HVLS,high volume,low speed)技术采用了仿生工程研究的最新成果--鲸翼技术 (The Whale Power Technology)。这一技术的应用意味着我们的设备可以在70米有效直径范围内提供稳定的、有 效的气流,每小时的换气量可达67万立方米,而每小时最多2.2度的用电量,可以说单位耗电量的通风效率很高。

Zipp 454 NSW管胎版

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管胎版Zipp 454 NSW原本是职业车手的专供产品,我们老百姓只有眼馋的份。而如今,Zipp已经将这个“香饽饽”向市场开放零售,它也已经来到了《骑行家》编辑部。

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Zipp 454 NSW管胎版轮组将先进的空气动力学,Sawtooth™仿生学车圈的稳定性以及管胎轮组的出色性能结合在一起。这款轮组的开发是为了满足我们赞助的职业车手的需求,以及喜爱先进气动管胎轮组久经考验的骑乘品质的骑行者们的需求。

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在手工制作的454 NSW中,锯齿状轮圈是极具视觉冲击力和功能性的重要创新。这个专利的53/58mm仿生车圈的边缘形状达到了传统气动轮组无法达到的性能,同时实现了AeroBalance™(风阻与侧风操控的兼顾)降低了正面和侧面气动阻力,提升了性能。锯齿通过一系列专利的鳍状 HyperFoil™节点,沿着车圈的内径,与Zipp的 HexFin™ ABLC(高尔夫球纹路)一起工作,以改善气动性能。

鱼鳍状的HyperFoils内圈突起和HexFin ABLC(高尔夫球纹路)设计通过提高涡流脱落频率来提升侧风下的操控稳定性。低频的涡流脱落会产生更大、更有力的漩涡。用自行车的术语来说,这种不稳定的情况通常被叫做“侧风扭动”。 更高频率的涡流脱落让漩涡更小、力量更小,并且更加可预测,从而提升了轮组的稳定性。

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454 NSW同样装备了Zipp业内领先的碳化硅Showstopper刹车边, 它让你得以在任何天气条件,任何刹车距离下都能获得更强大的刹力和更精准的控制。Zipp ImPressTM NSW印花技术将图案直接印在轮圈之上,降低了轮组重量并帮助HexFin ABLC表面坑洞达到更好的空气动力学表现的同时,将轮组的视觉诱惑抬升到了新的高度。

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轮圈使用了NSW独家的 Cognition™花鼓,454 NSW无论在你踩踏还是滑行时都能够保证高效滚动。Axial Clutch™技术相比传统的三爪式棘轮能够降低一半的机械阻力。装备有定制的瑞士培林,Cognition花鼓的耐用程度与它的速度在同一层次。

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每一对产自印第安纳波利斯的454 NSW轮圈都需要12小时的加工与制作,代表了手工制作和先进机械加工技术的无缝融合。在每个轮圈被层叠、成型、钻孔、印刷以及检查之后,每个轮组都是在印第安纳波利斯手工组装和手工调节的。454 NSW轮圈与葡萄牙产Cognition™花鼓和比利时Sapim® CX-Ray辐条及Secure Lock辐条帽一起编制。

Zipp 454 NSW管胎版圈刹轮组,详细评测尽情留意骑行家杂志。

文、图:HCY

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