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把企鹅的脚蹼应用在舰船上?这是真的

企鹅在陆地上摇晃着行走看起来十分笨拙,可是一旦入水却灵巧非凡。其中的奥秘,很大程度上就来源于企鹅带蹼的双足。通过亿万年的进化,大自然创造出了这种极为简洁、精密、高效的水中推进方式。

研究人员用摄像机摄下企鹅脚蹼在水中运动的全过程,捕捉并描绘出其周期运动特点,并通过声学传感器采集频谱,再经过“人造蹼”模拟其运动,经过不断技术的优化,通过机-电结构匹配动力,提出了仿生蹼动推进器的概念。

左右摇摆的机械能代替螺旋桨?听起来有些异想天开,但原理上是相当可行的,蹼动推进甚至比螺旋桨推进更具优势,我们不妨来做一个对比。

在推进效率方面,试验表明,同等动力输入情况下采用蹼动推进比螺旋桨的推进效率高20%。此外,蹼动推进器通过摆动可以整理尾流、理顺伴流,具有更理想的流体动力性能;而螺旋桨容易产生涡流、造成额外的阻力。此外,由于蹼动推进的运动是周期循环的,不但可以实现自动控制,而且通过一定的超前或滞后动作,在没有额外能量损失的情况下,还可以适时纠正运动偏差;

在机构复杂程度方面,蹼动推进器通过调整两只蹼的出力大小,就可以实现转向,这样就省掉了传统的船舵,简化了转向机构;而螺旋桨必须保留舵机系统。另一方面,蹼动推进器与螺旋桨的布置部在船体尾部下方,因此不会影响船体的设计布局与施工建造,也便于对现有船舶的改装,具有很好的继承性。

在制造加工方面,蹼动推进器可通过焊接、铆接或复合结构建造,成型简单,批量生产成本较低;而螺旋桨的制造工艺复杂,需要完整的铸造-金属加工-热处理过程,造价更高。

在机械噪声方面,蹼动推进器由于不需要象螺旋桨那样高速旋转,因而不会产生大量空泡,也就没有空泡破裂时类似沸水将开未开时的巨响。更低的噪声可以明显地改善机舱和居住舱的环境,并具有重要的军事价值。

蹼动推进器的工作原理不但符合一般的船舶操控规律,而且转向、停止灵活,十分符合海洋工程船等特殊船舶的推进需求。除安装在水面舰船上,蹼动推进器还可以用于水下潜航的鱼雷、深潜器等类型的载具上。

可以说,蹼动推进器一旦真正实用化,将以其自身独特的技术优势带来舰船科技的新变革。


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