在探索提升水下與空中航行器性能的道路上，美國密歇根大學(xué)的研究團(tuán)隊帶來了一項創(chuàng)新突破。他們受到高爾夫球表面凹坑設(shè)計的啟發(fā)，提出了一種能夠顯著提升航行器移動效率與操控性的新技術(shù)。
高爾夫球之所以能飛得更遠(yuǎn)，關(guān)鍵在于其表面的凹坑設(shè)計。這些凹坑能有效減少空氣阻力，讓球在飛行過程中受到的阻礙更小。密歇根大學(xué)的研究人員受此啟發(fā)，開發(fā)了一種帶有可調(diào)節(jié)凹坑的新型球形原型，并在風(fēng)洞中進(jìn)行了詳盡的性能測試。
據(jù)密歇根大學(xué)的助理教授安查爾·薩林介紹，如果水下航行器能夠配備一種動態(tài)可編程的外層皮膚，那么將能夠顯著降低阻力，同時減少對突出鰭或舵的依賴。通過主動調(diào)整表面紋理，航行器不僅可以實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)的操控，還能提升整體效率與控制能力。這一技術(shù)在海洋探索、海底測繪及環(huán)境數(shù)據(jù)收集等多個領(lǐng)域均展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。
這種新型原型的制作方法頗為獨(dú)特。研究人員將一層薄薄的乳膠拉伸覆蓋在內(nèi)部布滿微小孔洞的空心球體上。當(dāng)啟動真空泵時，乳膠會被吸入孔洞，形成凹坑；關(guān)閉真空泵后，球體表面則會恢復(fù)光滑。為了驗證凹坑對阻力的降低效果，研究人員在長達(dá)三米的風(fēng)洞中進(jìn)行了實(shí)驗。他們使用細(xì)桿固定球體，改變風(fēng)速并調(diào)整凹坑深度，通過應(yīng)變傳感器記錄氣動力，并利用高速攝像機(jī)追蹤氣流模式。
實(shí)驗結(jié)果顯示，在高風(fēng)速條件下，較淺的凹坑表現(xiàn)出更佳的減阻效果；而在低風(fēng)速條件下，較深的凹坑則更具優(yōu)勢。通過靈活調(diào)節(jié)凹坑深度，與光滑球體相比，阻力可降低高達(dá)50%。這一發(fā)現(xiàn)為航行器減阻提供了新的思路。
密歇根大學(xué)的博士后研究員羅德里戈·比倫布拉萊斯-加西亞指出，這種自適應(yīng)皮膚裝置能夠感知?dú)饬魉俣鹊淖兓⒆詣诱{(diào)整凹坑以保持最佳的減阻效果。將這一技術(shù)應(yīng)用于水下航行器，不僅能顯著減少阻力，還能有效降低燃料消耗，提高航行效率。
研究人員還發(fā)現(xiàn)，這種帶有紋理的表面不僅能減少阻力，還能產(chǎn)生升力，有助于控制航行器的方向。通過僅在一側(cè)激活凹坑，他們改變了空氣流動模式，從而產(chǎn)生了一種推動航行器向特定方向移動的力。測試表明，在合適的凹坑深度下，球體能夠產(chǎn)生高達(dá)阻力80%的升力，這一效果與通常需要持續(xù)旋轉(zhuǎn)才能產(chǎn)生的馬格努斯效應(yīng)相似。
密歇根大學(xué)的研究生普圖·布拉曼達(dá)·蘇達(dá)納對此表示驚訝：“如此簡單的辦法竟然能產(chǎn)生與馬格努斯效應(yīng)相當(dāng)?shù)慕Y(jié)果，這真是太神奇了。”
