海豚皮膚啟發的螺旋槳表面材質可大大提高貨輪燃油效率
中國科學院寧波材料技術與工程研究所(NIMTE)研發的一種新型螺旋槳塗有模仿海豚表皮的材質,可望大幅降低大型貨輪的油耗和排放。一個多世紀以來,科學家和工程師一直把海豚當作建造快速、機動水上船隻的典範。畢竟,當一種動物能如此輕鬆地在水中滑行並躍入空中時,這無疑是一個很好的模仿目標。
問題是海豚不應該這樣遊,因為阻力太大,海豚的肌肉強度與人類運動員差不多,所以不可能達到這樣的速度。在第二次世界大戰之前,這是一個著名的悖論,被稱為“格雷悖論“。
後來,工程師們開始注意到一些事情。例如,如果你看到海豹和海豚一起在夜色中游泳,浮游生物會在海豹周圍混亂地移動,而它們會在海豚身上流暢滑過,區別就在於海豚非凡的皮膚。
簡單地說,海豚的皮膚具有靈活的微觀結構,再加上黏液排泄物,當以不同的速度遊動時,它能夠改變自己。在高速遊動時,皮膚會產生一層很薄的湍流層。這層湍流幾乎沒有摩擦力,海豚周圍的水可以簡單地滑過,這就是所謂的層流。
如今,層流已被廣泛應用於水上船隻和飛機,作為減少阻力和提高速度的手段。現在,NIMTE 正在將此原理應用於船舶螺旋槳。它的”仿生海豚皮膚”應用於傳統的螺旋槳,與海豚的皮膚並不完全相同,海豚的皮膚要復雜得多。相反,塗層由液態動態界面材料和0.1 至0.2 毫米的柔性微結構組成。這樣可以減少與水的剪切力,提高螺旋槳的效率。
NIMTE 與中遠海運能源運輸有限公司合作,在一艘30 萬噸的超大型原油運輸船(VLCC)上進行了仿生蒙皮螺旋槳測試。
在中國沿海港口和中東主要港口之間超過35,000 海裡(40,000 英里,65,000 公里)、歷時200 多天的試航中,螺旋槳為原油運輸船節省了2% 的燃料消耗。研究人員估計,將仿生海豚皮套在螺旋槳上的成本為2 萬美元,每年可節省成本超過14 萬美元,同時可減少900 多噸二氧化碳排放。