研究

“最快的生存”进化启发了纽约大学的3D打印技术来创造完美的翅膀

数学家从纽约大学(纽约大学)使用3D打印机翼和彩色编码计算机模拟来确定快速扑翼飞行的理想机翼形状。

在一项发表在《美国科学院学报》上的研究中罗依y“社会来自纽约大学的一个团队Courant数学科学研究所旨在改进与物体运动有关的力学(运动学)。因此,研究人员进行了探索固定翼飞机通过改变附加制造机翼的参数。Courant数学科学研究所的助理教授,同时也是这篇论文的主要作者,Leif Ristroph说:

“我们可以在实验室里模拟生物进化,通过产生一群不同形状的翅膀,让它们竞争以达到某些预期目标,在这种情况下,速度,然后有最好的翅膀‘繁殖’,使相关形状的翅膀做得更好。”

“这种方法可以用于相关的优化问题,如运动学调整或扑动推进灵活性,以及流-结构相互作用。”

一个充满荧光染料的3D打印机翼在水洞中拍打。通过纽约剪辑。
一个充满荧光染料的3D打印机翼在水洞中拍打。通过纽约剪辑。

3D打印的翅膀

在纽约大学应用数学实验室,研究人员3D打印了可以机械拍打的翅膀,进行了一系列对比测试。然后这些翅膀的通道被染料填满,即荧光素和罗丹明水洞内的流动显示。在记录每个3D打印翅膀的运动后,它的形状是用进化算法迭代改进的。

这样的实验开始于2015年,目的是为了证明一种方案,该方案可以在前升沉飞行中修改机翼或水翼(一种在水中工作的升力面)的速度的横截面形状。

Ristroph教授解释说:“这种‘最快的生存’过程自动发现了一种最快的水滴形机翼,它能最有效地操纵气流来产生推力。”

“因为我们在研究中探索了各种各样的形状,我们也能够准确地确定形状的哪些方面对最快的翅膀的强劲性能最有影响。”

形状对起伏和俯冲机翼前飞的影响。(a)机翼之间或不同横截面的竞赛。(b)问题理想化:以振幅A和频率f驱动机翼上下升沉,从而在拖拽有效载荷的同时通过流体实现自我推进。(c)实验实现:一个3D打印的箔片连接到一个垂直的轴,通过它施加一个垂直的隆起运动,和旋转轴承允许在围绕水箱的轨道向前推进。通过纽约大学形象。
形状对起伏和俯冲机翼前飞的影响。(a)描绘翅膀之间或不同横截面的竞赛。通过纽约大学形象。

新一波

纽约大学的研究小组发现,最快的机翼形状有一个非常薄的空气动力学表面(后缘)。这就产生了强烈的涡流或者拍打时的“漩涡流”。

Ristroph补充说:“我们将这项工作视为一个案例研究和概念证明,适用于更广泛的复杂工程问题,特别是那些涉及到流中的物体的问题,比如简化形状以最小化对结构的阻力。”

“我们认为,这可以用于优化结构的形状,以收集水波中的能量。”

“通过形状的人工进化来提高起伏机翼的推进速度”是由索菲·拉马纳里沃、托马斯·米切尔和莱夫·里斯多夫合著的。

一项实验揭示了理想的扑翼飞行机翼形状,用荧光染料将机翼前部[红色]和后部[绿色]产生的气流可视化。通过纽约大学形象。
一项实验揭示了理想的扑翼飞行机翼形状,用荧光染料将机翼前部[红色]和后部[绿色]产生的气流可视化。通过纽约大学形象。
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纽约大学的研究人员正在许多领域研究添加剂制造,以及替代能源雷电竞充值清除过程。去年,科学家和外科医生在纽约大学医学院纽约大学牙科学院,共同研究3D打印的植入物会随着骨愈合而溶解

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特色图片显示,一个3D打印的翅膀充满荧光染料拍打在一个水洞。通过纽约剪辑。

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