报告题目:

针对跨介质飞行器及其动力系统瓶颈问题的液滴与气泡的仿生操控研究

报告人:

张成春

所在单位:

吉林大学

报告人简介：

张成春，工学博士，现任吉林大学生物与农业工程学院、仿生科学与工程学院教授，工程仿生国家地方联合工程实验室主任，Droplet期刊编辑部创刊总编、副主编。主持国家自然科学基金项目5项、国家重点研发计划项目课题1项、工信部“民机科研”专题1项及基础加强领域基金、国防科技创新特区主题项目等共计20余项，涉及仿生飞行器与仿生动力系统以及与之相关复杂流体与复杂流动。在ACS NANO、Chemical Engineering Journal、Physics of Fluid、ACS Applied Materials & Interfaces等期刊发表学术论文80余篇，获得中国发明专利授权26件，出版专著1部。 

摘要：

跨介质飞行器的出水和潜行过程中涉及极为复杂的流体问题，例如液滴从机体脱离、液滴在涵道中的碎裂、水下运动模式中叶轮旋转产生的所蚀等。本报告重点围绕如何有效降低跨介质飞行器的附着水载荷、如何通过有效破碎涵道中的液滴来提高两栖推进系统的推进效率、以及水下推进模式中如何避免叶轮的气蚀，介绍通过液滴与气泡的仿生操控解决这些瓶颈问题的基本方法。主要包括以下几个方面：为降低跨介质飞行器的出水阻力，采用受翠鸟羽毛启发制备微沟槽超疏水表面，通过表面振动、表面弹性、表面曲率变化等使液滴有效地脱离跨介质飞行器机体；为了提高涵道风扇的推进效率和推力，启发于稗草叶面优异的液滴破碎能力，制备了一种多尺度脊状结构的表面。多尺度脊状结构可以诱导液膜的各向异性扩散和回缩，形成非常稳定的液态柱，可以加速液滴破碎，减小大液滴对旋转叶片的冲击。为了解决跨介质飞行器水下潜行模式下螺旋桨上的空蚀，受水蜘蛛等昆虫在水下粘附气泡功能启发，制备自补气仿生表面，使气泡稳定存在于仿生表面。这些气泡可以控制空化气泡的塌陷方向，形成远离壁面的反向射流，减少空化侵蚀。