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潜艇的鲸背效应与结节效应

【摘要】:潜艇专家从鲸每隔几十分钟就要浮出水面呼吸一次的现象中得到启迪,于是在潜艇顶部突起的指挥台围壳和上层建筑上,做了加强材料力度和外形仿鲸背处理,果然取得了破冰时的“鲸背效应”。因此费什提出了“结节效应”,它们排列的方位可以将从鳍状肢上方经过的空气分成不同部分,就像是刷毛穿过空气一样。

▲鲸鱼的背部

▲国产潜艇紧急上浮训练

▲美国核潜艇破冰而出训练

据早先俄罗斯媒体报道,俄罗斯军队曾经举行过20多年来最大规模的陆海空三位一体战略核演习,吸引人注意的是这次演习中俄罗斯海军战略力量核潜艇将从北冰洋下发射一枚战略核导弹。这场演习不仅有1982年6月苏联那场“7小时核战”的精彩之处,而且人们非常关注潜艇如何从厚厚的北极冰层下发射战略导弹。

战略导弹核潜艇能长时间潜航在厚厚的冰层下执行战斗任务,比在能见度很好的海水里更隐蔽,更具有威胁性。但是,如果核潜艇想在冰下发射导弹,就必须破冰上浮,这就碰到了力学上的难题。这个难题解决难度大且不利于海战。那么军事上是如何解决这个难题的呢?这就牵涉到了众所周知的鲸鱼。鲸是海洋中的哺乳动物,它每隔几十分钟必须破冰吸一次气。巨大的鲸背,像海中的一个小岛,又像一个小山,当鲸上浮换气时,不仅会对冰层产生巨大的上浮压力,坚硬的鲸背还像一把利剑一样,使厚厚的冰层破裂。这一过程气势恢宏。潜艇专家从鲸每隔几十分钟就要浮出水面呼吸一次的现象中得到启迪,于是在潜艇顶部突起的指挥台围壳和上层建筑上,做了加强材料力度和外形仿鲸背处理,果然取得了破冰时的“鲸背效应”。再加上其他破冰方式的配合作用,潜艇在冰面就可出没自由了。(www.chuimin.cn)

链接——驼背鲸与风扇叶片

▲驼背鲸

▲亚洲最大的风力发电

当前面对着世界能源危机,各国的科学家们都在寻找着各种可行的能源节省方法。其中美国宾夕法尼亚大学流体动力学专家、海洋生物学家弗兰克·费什教授表示,他从驼背鲸的鳍状肢得到启示,发明了一种新的风扇叶片。驼背鲸的鳍状肢前部具有垒球大小的隆起,它们在水下可以令鲸鱼轻松地在海洋中游动。但是,根据流体力学原则,这些隆起应该会是鳍的累赘,但现实中却帮助鲸鱼游动自如。于是,费什将一个12英尺(约合3.65米)长的鳍状肢模型放入风洞,结果发现这些结节的隆起使得鳍状肢更符合空气动力学原理。因此费什提出了“结节效应”,它们排列的方位可以将从鳍状肢上方经过的空气分成不同部分,就像是刷毛穿过空气一样。这个发现不仅能用于各种水下航行器,还应用于风机的叶片和机翼,可以令空气动力学效率比标准设计提升20%左右。根据科学家预言,这项技术的最大用途是用于风能,将使风力发电产业发生革命性变革,令风力的价值比以前任何时候都重要。