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题目：
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雅宝题库解析：
节能环保是当今世界发展的主题，也是关系到我国可持续发展的重大题目。仿生与生物制造技术是顺应这一趋势发展起来的新技术，通过模仿或利用生物加强目标产品或制造过程与自然的相容性，从而达到节能环保的目的。表面减阻是实现航行器节能的有效途径之一，而仿生与生物制造是实现表面减阻的有效手段。由于航行器是目前世界能源消耗的重要原因，模仿鲨鱼等生物的低阻特性降低航行器的表面摩阻将会减少大量的能源浪费，具有重要研究价值。 课题组前期利用直接复制生物模板的方法制造逼真鲨鱼皮形貌，提高了制造效率和仿生逼真度，并进一步模仿鲨鱼体表粘液减阻特性制成了复合减阻蒙皮，但逼真鲨鱼皮形貌的减阻优势还有待证实，逼真鲨鱼皮形貌的有效减阻速度范围有待拓展，粘液减阻的可控性还有待突破，本文针对这些题目展开如下研究： 为证实生物复制成形出的逼真鲨鱼皮形貌的减阻效果优势，通过仿真分析和实验测试对逼真鲨鱼皮形貌和直沟槽形貌的减阻特性展开对比研究。首先通过扫描测量建立了逼真鲨鱼皮形貌和简化直沟槽形貌的三维数字模型，然后通过仿真分析发现逼真鲨鱼皮形貌的减阻效果优于直沟槽，原因在于逼真鲨鱼皮形貌的减阻效果是其鳞片表面沟槽和背部楔槽共同作用所产生的，两者有机结合能够产生比简化直沟槽更好的减阻效果。又通过与简化直沟槽形貌的减阻效果对比测试验证了逼真鲨鱼皮形貌的减阻效果优势，也证明了利用生物复制成形工艺制造逼真鲨鱼皮形貌的必要性。 为调整逼真鲨鱼皮形貌的有效减阻速度范围，提出了生物变形复制成形工艺。在对鲨鱼皮形貌精确复制得到弹性阴模板的基础上，通过拉伸弹性阴模板改变鲨鱼皮形貌的尺寸，然后通过翻模制备出变形鲨鱼皮形貌并进行减阻效果测试。测试结果表明变形鲨鱼皮形貌的有效减阻速度区发生了相应的移动，从而验证了通过改变逼真鲨鱼皮形貌尺寸以扩大其减阻应用范围的可行性，也证明了生物变形复制成形工艺的必要性。 为进一步提高航行器表面在快速机动状态下的减阻性能，提出了粘液表释减阻结构及其制造方法。该结构模仿鲨鱼体表释放粘液的方式和机理，采用阵列微孔向流体边界层均匀释放高聚物粘液以实现减阻作用。通过流阻压差测试系统对粘液表释结构的减阻性能进行了测试，并对高聚物表释率和减阻率之间的关系进行了研究，结果表明减阻率随高聚物表释率的增加而增大，在测试工况下最大减阻率达到约60%。 使航行器表面既能实现巡航状态的减阻，又能实现机动状态的减阻，提出了逼真鲨鱼皮形貌与粘液表释复合减阻结构及其制造方法，并对该结构进行了减阻效果测试。测试结果表明，该结构在不启动粘液表释时能够依靠其表面的逼真鲨鱼皮形貌减阻，可用于航行器在巡航过程的减阻节能；而在启动粘液表释时能够使表面摩阻进一步降低，最大减阻率可达70%，可用于航行器在快速机动状态下的减阻提速。 通过以上研究为推动仿生减阻技术在节能领域的应用提供了基础技术支持，也丰富和拓展了仿生与生物制造的理论和技术体系。本文的研究工作对于模仿或利用自然生物制造其他仿生功能表面也具有一定的借鉴意义。 |
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发表于 2023-10-10 14:31:45
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