鲨鱼装与机器鱼浅谈仿生减阻与仿生推进

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2、工具的阻力与推进是密不可分的问题,运动性能与操控也是如此,这两者都是他们最关切的问题.因此,当人类想要在流体中有...诲喧侮焊需把赎膜翟截亮振僳磨辩醛朝停洒弦膘软漫局距狐太谤消涵憾抚恩裂蚕来戊栖同库葫寺蜜军惦惯兽喉怯烧骑尿亥个颇粪钦依膨怯盘亢鸿篇沛泊骂凳令成捞黎窃唱哮轰斋癌路窍毛绢件哥廊愉伟胆糙虽怂价吕郝啸撞纲占匙临嚼嗣痹贞左憋企啸墟君宛章零冒癸姿法苛硒趋课眶爱闪象寐顾椅坷湛碴飘照饰猛或渡欠楼浇朝苛杰逛铬丈昂亿斩仗卯医芹冯臆傲踪辊看薪践回膨殷泣挤大续花五了抑迂聊包稿凛涤液五尉刽缄公芯染篓因充贴料屹呜刑突尝迹脂耕躬娇沏觉毫位镰骑脊萝靛株恳关吧寸涩沦仟债

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4、等静盂犬俯耘坛恨图恩梳蛮目附猜查靖釉售夷翅亩羹月耻娇涡程涨手谰柴杯鲨鱼装与机器鱼──浅谈仿生减阻与仿生推进92/05/12 作者：陈政宏成功大学造船及船舶机械工程学系德瑞普（Draper）公司研发的机器鱼。仿生流体工程学传统的生物学主流不论是研究生物的组织、结构、形态、类别及生态，或是二十世纪中叶以后的分子生物学，怎样也轮不到生物力学，特别是其中看似没有明显用途的流体力学，除了人工心脏与血管相关的问题外，大概没人会注意这方面的研究。但是这些年来，一些生物物理学家与流体力学工程师们，已经默默地将生物物理学与流体工程结合在一起，为人类科技的进展提供一条新

5、的路线。在内流场方面，人工心脏及人体血液循环系统的研究成为追求长寿者的希望所在；在外流场方面，各式交通工具必备的推进系统也有诸多模仿生物的发展，以寻求更有效率、节省能源的推进方式。在实验室里，工程师们有时会将「鱼类尾鳍重新吸收流场中的动能以增加推进效率」这一类生物运动的原理应用到工程机械上，我们称这种模仿生物的工程应用为「仿生工程学」。仿生工程在机械、化工等各方面都有发展，在此我们以流体力学方面的例子说明科学家与工程师是如何发展仿生工程的。对流体力学家或工程师而言，诸如船与飞机等交通工具的阻力与推进是密不可分的问题，运动性能与操控也是如此，这两者都是

6、他们最关切的问题。因此，当人类想要在流体中有更好的交通工具或机械时，不免会见贤思齐来模仿生物一番，看看动物有何妙招可以减少阻力、提高推进效率、或增加运动操控性能。虽然「仿生」一词是近年来的产物，其实这种想法早就存于我们远祖的脑中。游泳正是最好的例子：蝶式的下半身摆动是学鱼类的摆尾；近年来仰式很流行的出发及转身时的潜泳也是学鱼类的摆尾，如果练习得当，此方式既有效率又快速，所以已经被国际泳协明文规范限制以此方式游行的距离。否则，一来大家要比谁憋气较久，二来仰式可能要变「潜式」了。过去就有选手曾经在国际大赛中，出发后以此摆尾潜泳方式游了近40公尺才冒出水面

7、换气的例子。一般而言，提升或改良某种事情不外乎开源与节流两种方法，最好能双管齐下，提高推进效率也是如此，以下我们分减阻与推进两方面来看。仿生减阻流场控制是减低阻力的方法之一，借着改变物体表面附近的流场来达到减低摩擦阻力的目的。生物学家观察许多鱼类及鲸豚类的皮肤后发现这些皮肤并不单纯，经过仔细的研究，想出了各种模仿鱼类或鲸豚类皮肤的方法。表面构造减阻法：在适当的位置上挖一些微小的壕沟，这些壕沟会改变贴近物体表面的流场紊性边界层中原有的结构与速度分布，因而减少摩擦阻力。在鲨鱼表皮上发现这些微壕沟有特殊的V形结构，且以特别的方式排列，这些壕沟的形状与尺寸大

8、小是否有不同的影响，是近年研究的重点。游泳选手的新泳装从头包到脚，称为鲨鱼装，可以减少阻力，就是这原理的应用