PRL:超人的披风有什么用?可能是软尾减阻

科技工作者之家 2020-07-28

来源:两江科技评论

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为什么超人、蝙蝠侠、闪电侠、绿灯侠等都穿着斗篷?这是否有空气动力学的因素?

在自然界,鸢飞戾天,鱼跃于渊,动物们通过进化躯体结构、扭动身姿得以在大自然遨游;草木“从风而靡”以减小风阻,避其锋芒而后起。

如何减小运动物体所受的阻力,是一个经典的物理问题。

为了实现减阻、增速、节能之目的,人们把车辆设计成流线外形,为船舶加装了球鼻艏,在高尔夫球表面添加了许多凹坑……

那么,是否有其他不改变物体自身结构,就能有效减小流体阻力的方法呢?

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7月14日,上海交大船建学院田新亮副教授研究小组在Physical Review Letters上发表了最新研究成果。研究首次提出一种全新减阻方法——“软尾减阻”,并通过精巧的实验进行证实。

该工作思路清奇,构思巧妙,获得“编辑推荐”(Editors’ Suggestion)并被选为本期PRL封面论文。

多年前,田新亮博士在研究薄板流动问题时,看到随风飘动的裙摆,萌生了给钝体“穿上披风”来减阻的奇想,即“软尾减阻”

如今,这个看似异想天开的想法正在逐渐成为现实。

2018年4月起,田新亮研究小组采用实验方法逐步证实了“软尾减阻”猜想,并建立理论模型深入探讨其背后的物理机制。

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a)“SJTU-FILM”示意图和(b-d)不同长度细丝在皂膜中的形状

首先,他们搭建了竖直流动肥皂膜实验系统“SJTU-FILM”,实现了对准二维流场的稳定模拟;然后,在尝试了多种柔性材料后,成功构造了“刚性平板-柔性细丝”耦合系统并将其置入“SJTU-FILM”中,形象地模拟了“穿着披风”的钝体在流场中运动的场景。

为了确保获得高质量的实验数据,他们还自行研制了精度高达0.01毫克的测力装置,发明了连续调节柔性细丝长度的方法,成功实现了在不中断肥皂膜流动条件下的连续稳定测量。

研究表明,给一个平板“穿上”其2.3倍长度的“披风”,减阻效果最高可达10%!!!

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不同刚度的细丝在不同长度下的减阻效果(流速为1.45米每秒)

来源:imeta-center 两江科技评论

原文链接:http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzU0NDgwMjI0MQ==&mid=2247492689&idx=3&sn=32574b72209caa509d7c71025ad7a8ac&chksm=fb7430ffcc03b9e90acd2cd91240b3890bf0091b11a9783155961ba003be5cb0b01919a25813&scene=27#wechat_redirect

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软尾 躯体结构 风阻

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