前面师兄说过了,我再水一个。
1.螺旋桨结实可靠。
在波浪冲击、海水腐蚀的恶劣环境中,最基本的要求不是推进性能最好,而是最耐操(本质含义,不是《耐波与操纵》!)。螺旋桨基本结构只有一根旋转的金属轴+2~7个固定的金属叶片,顶多外面再加一圈导管,最不易损坏,也易于做动密封防水。
由螺旋桨衍生的对转双桨、变螺距桨、吊舱推进器以及喷水推进器、摆线推进器等尚且属于树新风类型,因为可靠性的争议应用并不是很广泛,遑论结构和控制更复杂的仿生推进结构。况且仿生结构一般有柔性蒙皮,极易损坏。
2.螺旋桨功率高。
虽然螺旋桨有带动水流作旋转运动的硬伤,推进效率不是最高的,却是输出功率最高的。因为螺旋桨剖面和其他推进器基本上都能看到机翼形的影子,螺旋桨剖面机翼的升力化为推力,阻力化为扭矩,而发动机+减速齿轮箱+转轴的一条龙组合极致粗暴,足以克服高速转动时的扭矩,获得巨大推力。
至于仿生推进器如鱼尾是机翼平动+转动,要输出和螺旋桨一般大的功率,那只能咔嚓一声,跑着跑着就丢了。毕竟螺旋桨轴承受扭矩,而鱼尾连杆承受弯矩。
3.螺旋桨结构紧凑。
还是高转速的优势,螺旋桨用速度换空间,加上舵结构之后整个工作空间与船体相比也非常小。
鱼的推进部位一般占身长1/3左右,乌贼的喷水腔也占了身体的主要部分。这是与它们的阻力相适应的,要是用小尾巴推大船肯定推不动,何况船的航速比大部分的海洋生物都快啊。
鱼和乌贼的高推进效率某种程度来自于尾流中反卡门涡街或喷口涡圈形成的"射流",而置身于船体的强大伴流场中还有多大作用很难说。
4.螺旋桨推力稳定。
船舶与海洋结构物中有个非常值得关心的特性是振动。螺旋桨剖面机翼每个时刻都以相同大小的速度切入来流,推力是比较稳定的,振动主要来自旋转,尚可接受。
而仿生推进中,无论是鱼摆尾还是乌贼喷水,推力都有很明显的周期性,这是很可能造成结构疲劳损伤甚至断裂的。而且船经常在波浪中航行,搞出什么共振来可不是好玩的。
5.仿生推进还是作坊产品。
从桨篙橹,到明轮,到暗轮(螺旋桨),可以说人类在工业革命中获得了一个最简单却又最实用的礼物。以上几条,归根到底都是因为螺旋桨跟工业中一根简简单单的转轴是适配的。如果弯弯曲曲扭来扭去的仿生推进也是用转动机械驱动,那将毫无优势,只剩累赘。
为了摆脱这样的诟病,现在的仿生推进用了很多tree new bee的柔性驱动方式,比如形状记忆合金,压电陶瓷,高分子导电薄膜,磁致伸缩材料,但他们要么太慢,要么无力,要么位移小,反正就一个字,弱鸡。只能停留在实验阶段,难以工业化。
比较有效的柔性驱动方式就是气动液动了,但它们的动力源还是电机……
综上,螺旋桨这种东西是人类带来的逆天的存在,追求更快更强,可以尽情挥霍能源。
而在和谐的大自然中,机智有爱的小动物们追求的都是用小小的动力克服小小的阻力,提高效率节省体力就好,大家都是佛系的,你学不学我,都行,都可以。
然而我们还是乐于见到仿生的进步,毕竟水下航行器比船舶小多了,鱼的某些特性如推进效率高,回转半径小,静音,侧线感知,鱼群行为,是非常值得借鉴的。
来源:知乎 www.zhihu.com
作者:木叶落
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