陳根：魚對水流的驚人控制，如何啟發飛行器減阻？

文/陳根

魚是高度活躍的生物，它們持續在水中繁殖，以獵物為食，並躲避捕食者。這也意味著，魚類消耗的大部分能量主要用於水環境中的運動（抵抗來自表面摩擦和壓力阻力的阻力）。

魚類對水流驚人的控制也使其受到科學家的關注，以期從魚類天然的減少水流阻力的有效策略中得到幫助。

近日，倫敦大學的研究團隊進行的一項新的研究表明，魚鱗片陣列會在動物表面產生條紋狀的基流，這為減少阻力（阻礙飛機在空中運動的空氣動力）提供了重要線索。該小組的研究發表在《科學報告》和《實驗生物學雜誌》上。

具體來說，通過數字顯微鏡，研究人員測量了歐洲鱸魚（dicentrarcuslabrax）鱗片圖案的表面拓撲結構，並用計算機輔助設計模型進行了幾何重建。

隨後，研究人員利用計算流體力學（CFD）對鱸魚和鯉魚的流動方式進行了可視化研究，證實了鱸魚和鯉魚的鱗片以一種規律的方式存在，並且發現，魚表面上的重疊區域會導致流體在頂部流動時發生鋸齒形運動。而這些重疊區域會產生「雜散流」，從而抵消 Tollmien-Schlichting 波（導致湍流的不穩定振蕩），最終將皮膚摩擦阻力降低了 25％ 以上。

研究人員表示，在空氣動力學表面上實現這種模式的技術實現，將為大幅降低燃油消耗和未來的零排放飛行鋪平道路。