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飞机机翼内部的微小振动可帮助客机节省燃料
根据一项挑战百年飞机设计方法的新研究，未来的客机可以利用隐藏在其表面下的微观振动来减少空气阻力并节省燃油。当客机以约640公里/小时的速度飞行时，
来源:Knowridge科学报告根据一项挑战百年飞机设计方法的新研究，未来的客机可以利用隐藏在其表面下的微观振动来减少空气阻力并燃烧更少的燃料。
当客机以约640英里/小时的速度飞行时，流过机翼的空气可能变得湍流。
这种湍流增加了阻力，迫使飞机发动机更努力地工作并消耗更多燃料。
由于一架商用喷气机在一次横跨全国的飞行中可以燃烧超过10,000加仑的燃料，即使是适度的效率改进也能产生显著的节省。
由科罗拉多大学博尔德分校Mahmoud I. Hussein领导的研究人员正在开发一种不同的方法来解决这个问题。他们不想改变飞机的外部形状，而是想要在其光滑表面下方设计材料，通过极小的振动与气流相互作用。
该研究聚焦于声子——穿过材料的微小振动。Hussein花了二十多年帮助发展声子学领域，该领域旨在理解和控制这些振动。
2015年，Hussein引入了“声子次表面”的概念。这些专门设计的材料位于表面之下，可以以影响其上方流体的方式操纵振动。
到目前为止，一个主要限制是PSubs通常只在单一振动频率下工作。然而，现实世界的湍流涉及许多频率。
在发表在《Physical Review X》上的研究中，Hussein的团队展示了一种称为“超共振”的现象。通过将内部声子结构设计成线圈形状，研究人员发现他们可以影响更广泛的频率范围。
这可能使该技术在气流不断变化的真实飞行条件下更有用。
发表在《Proceedings of the Royal Society A》上的第二项进展解决了另一个重要挑战：控制更下游的湍流。
研究人员发现，多个PSubs可以以网格或晶格排列在一起。通过他们称之为“无散射干涉”的现象，这些结构可以协同工作，在扰动穿过更大表面时削弱它们。
这可能允许湍流在飞机机翼的更大范围内被延迟，甚至沿着高速飞行器的机身延迟。
将这两项发现结合起来可以解决该技术面临的两个最大障碍：同时控制多个频率并将控制扩展到更大区域。
该研究仍处于计算阶段，因此该概念尚未在客机上得到验证。然而，物理PSub原型已经由世界各地的研究小组建造，科学家们正致力于在风洞中测试其性能。
长期目标是制造具有正常光滑外表面的飞机，同时设计下方的材料以精心控制的方式与气流相互作用。
这一想法最终可能远远超出航空领域。类似技术可能有助于控制船舶、管道内部和涡轮机周围的湍流。
如果这种方法在现实条件下有效，未来的工程师可能不仅能够通过改变物体的形状来改善空气动力学，还能通过仔细控制隐藏在其内部的微观振动。