基于仿生非光滑沟槽的高速列车减阻研究

为减小高速列车气动阻力,根据仿生非光滑理论,以鲨鱼体表为仿生对象,建立仿生非光滑沟槽的几何外形,采用经风洞试验验证的数值模拟方法,开展仿生非光滑沟槽的减阻效果研究。计算结果表明:仿生非光滑沟槽的存在可以阻碍由湍流运动引起的瞬时横向流动的发生,降低湍流与壁面之间的摩擦阻力;沟槽顶端区域的摩擦阻力系数接近于光滑壁面的摩擦阻力系数,而其余大部分区域内的摩擦阻力系数则小于光滑壁面的摩擦阻力系数;在不同的气流速度(60~160 m/s)下,沟槽壁面的阻力系数均小于光滑壁面的阻力系数,仿生非光滑沟槽的减阻率可达6%以上。

仿生非光滑沟槽轮胎抗滑水性能研究

基于仿生非光滑减阻理念,选择鲨鱼皮表面鳞盾沟槽作为研究对象,将仿生非光滑结构应用于复杂轮胎花纹沟底,在不改变轮胎其他性能的前提下提高轮胎抗滑水性能。以185/60 R15轮胎为例,运用计算流体力学方法,分析了3种仿生非光滑沟槽在不同水流速度下的减阻及抗滑水性能,进一步研究其减阻机理,并将优选结构应用到轮胎花纹沟底部。结果表明:仿生非光滑沟槽主要通过影响流体边界层结构实现减阻;与原胎相比,仿生胎可有效降低轮胎表面动水压力,提高轮胎滑水速度,保障车辆在湿滑路面的行驶安全性。