快速鲨鱼盾鳞肋条结构的表征及其减阻仿生学初步研究

快速鲨鱼体表覆盖着一层独特的盾鳞,盾鳞表面具有肋条结构(沟槽结构)。这种盾鳞肋条结构能够优化鲨鱼体表流体边界层的流体结构,从而能有效减小水体阻力,降低能量依赖度,获得极高的游速。研究表明快速鲨鱼盾鳞肋条结构的减阻作用主要取决于其肋条的适宜的物理尺寸(肋条间距和肋条高度)。因此测量获得快速鲨鱼盾鳞肋条结构的肋条尺寸对于一种新型的应用于船舶表面并能减少水体阻力的盾鳞肋条结构仿生材料的研发设计具有极其重要的指导作用。 本研究的主要目的是为了提供快速鲨鱼盾鳞肋条表面结构的综合具体的形态数据信息,尤其是提供盾鳞肋条尺寸方面的数据,为一种新型的应用于船舶表面并能减少水体阻力的盾鳞肋条结构仿生材料的开发设计奠定了坚实的基础。不言自明,这种新型的盾鳞肋条结构仿生材料的设计成功,将能够显著减少海运河运运输工具的燃油消耗、提高航行速度、延长航行路程与航行时间,因而具有极其重要的经济意义和军事意义。 本研究,即快速鲨鱼盾鳞肋条结构的表征及其减阻仿生学初步研究,采用扫描电镜(scanning electron microscopy,SEM)技术及样品精细操作手段,共计拍摄了6种6条鲨鱼盾鳞的1751张扫描电镜照片。尤其对其中的两种典型快速鲨鱼体表不同部位的盾鳞开展了系统深入的表征和减阻仿生学研究,提供了这两种快速鲨鱼的盾鳞肋条表面结构在形态结构方面的综合具体的形态数据信息,主要包括:单个盾鳞的形态、盾鳞的排列方式以及盾鳞的肋条尺寸(riblet dimensions)。根据所获得的快速鲨鱼的盾鳞肋条结构的形态数据信息,分析归纳后初步设计了两款盾鳞肋条表面结构仿生材料模型。 本研究的创新性在于国际上首次提供了平双髻鲨和短鳍灰鲭鲨这两条典型的快速鲨鱼体表不同部位的单个盾鳞的形态、盾鳞的排列方式及盾鳞的肋条尺寸这三方面的盾鳞形态数据信息,并深入分析了这三方面的盾鳞形态数据信息的区域性差异,为我国自主研发设计出一种新型的应用于船舶表面并能减少水体阻力的盾鳞肋条结构仿生材料奠定了坚实基础。