猫头鹰的翅膀是战胜风力涡轮机噪音的关键

2020-02-05 12:15:00

一项新的研究揭示了来自猫头鹰翅膀的灵感如何让飞机和风力涡轮机变得更安静。

来自日本和中国的研究人员研究了猫头鹰翅膀前缘的锯齿状结构,对它们如何使鸟类的飞行保持沉默有了新的见解。

他们的研究结果今天发表在“生物激发和仿生学”杂志上,指出了在风力涡轮机、飞机、多旋翼无人机和其他机器中抑制噪声的潜在机制。

来自日本千叶大学的主要作者郝刘教授说:“猫头鹰以其独特的翅膀特征而闻名,其特征通常是前缘锯齿、后缘条纹和天鹅绒状表面。

“我们想了解这些特征如何影响气动力的产生和降噪,以及它们是否可以应用到其他地方。”

研究人员分析了带有和不带前缘锯齿的猫头鹰启发的羽毛翼模型,方法是结合大涡模拟-一种用于计算流体力学的湍流数学模型来模拟空气流动-和粒子-图像测速法(PIV)以及低速风洞中的力测量。

他们发现,前缘锯齿可以被动地控制层流或流线气流之间的过渡,以及上翼表面的湍流气流,在零度到20度之间的攻击角(AOA)。这意味着它们在空气动力和声音产生中起着至关重要的作用。

刘教授说:“然而,我们发现,在武力生产和声音抑制之间存在一种权衡。锯齿形前沿降低了空气动力性能在较低的AOA超过15°相比,清洁前沿,但可以实现降噪和空气动力性能在AOA超过15°,猫头鹰翅膀往往达到飞行。

这些猫头鹰启发的前缘锯齿,如果应用于风力涡轮机叶片,飞机机翼或无人机转子,可以提供一个有用的仿生设计,以控制流量和降噪。

「例如,在噪音问题成为建造风力涡轮机的主要障碍之一时,最受欢迎的方法是减低它们所产生的噪音。」

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