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模仿昆蟲翅膀，能讓火箭部件輕兩成
點擊：2750 作者： 航天科技一院 來源：中國運載火箭技術研究院 發布時間:2018-01-20 09:22:31
當前，研制低成本火箭已成趨勢。而降低火箭成本最有效的途徑，就是降低火箭的結構質量，提高有效運載能力。為了實現這個目的，設計師們“各顯神通”。這不，有的設計師就把目光投向了動物。
“經過億萬年的進化，動物的身體擁有許多輕巧而穩固的結構，這對運載火箭以及未來新型航天飛行器的設計工作具有重要的借鑒意義。”中國運載火箭技術研究院研發中心設計師介紹，自上世紀中葉，仿生學概念正式被提出以來，各國的學者們對仿生結構材料進行了廣泛而深入的研究，在仿生產品的開發上更是投入了大量的人力和物力。
△仿生盒子魚結構汽車
“譬如，國外在上世紀三十年代就利用鋁箔制成六角型鋁蜂窩芯，其方法便是仿制蜻蜓后翅膀結構，這種結構材料用在飛機結構上，有效減輕了飛機重量。
“后來，有的學者通過模仿鳥的頭骨，設計了輕質高強殼結構，用于對新型飛行器的結構減重，取得了良好的實際效果。
“有人發現巨嘴鳥的喙雖然質量很輕，但具有大的比剛度和比強度。在觀測斷面結構后，發現它是一種典型的‘三明治結構’，外部由角質層及密閉的纖維網絡構成，其角質層具有高的強度和彈性模量，這對仿生輕質結構設計具有重要的意義。”
△巨嘴鳥喙結構圖
近年來，國內航空航天類高校也開始在仿生結構上發力。“有的高校開展了甲蟲鞘翅生物材料微結構和材料拓撲分布規律的研究，發現甲蟲鞘翅是一種‘橋墩’狀連接的輕質結構，鞘翅各纖維層間呈平行、經緯或螺旋交織的結構，材料分布具有拓撲分布規律，對新型輕質高強結構的設計具有較強的借鑒意義。”
△甲蟲鞘翅斷面結構形態
“目前，我們也在利用3D打印技術和仿生結構技術，開展航天飛行器結構樣件的研制工作。”研發中心設計師介紹，“通過試驗，我們發現，在可承受的載荷相同時，通過模仿甲蟲鞘翅設計而成的新型部件的結構質量比傳統結構輕20%以上，并且制造速度遠超傳統工藝，加工形狀也很自由。相信在不久的將來，仿生結構技術將正式應用在我國火箭上，為開展低成本商業發射貢獻力量。”
責任編輯：向太陽
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