“软尾减阻”述评

田新亮

(上海交通大学 船舶海洋与建筑工程学院； 海洋工程国家重点实验室， 上海 200240)

我们生活在一个充斥着流体的世界，固体和流体瓜分了整个空间.固体出现、移动、变形，其周围流体也随之退出、移动、变形.换言之，一个固体的表面决定了它周围流体的边界.因此，通过改变物体的外形来改变周围流体的运动状态，进而改变物体所受的流体载荷，是一种最为常见的流动控制方法.例如，增加高尔夫球表面的粗糙度，即可减小其空气阻力使其飞得更远；高铁列车的流线型车身可以减小其受到的风阻；安装减涡板即可抑制柱体结构的流激振动.自然界的生物也在默默地阐释着这个道理.例如，鲨鱼皮表层特殊微结构可以减小水流阻力；鲸鱼鳍上的凸起可以增强其流动控制能力；草木通过弯曲躯体或卷曲叶子来减小风阻，使其得以在大风中存活[1]……

奇妙的自然现象给人类工程设计提供了好的启示.但是，我们似乎永远无法达到犹如自然界生物般对周围流体环境的适应能力.很多时候，物体结构会受到其内部功能需求的限制，改变物体的外形并不容易.那么，有没有不改变物体外形即可进行流动控制的方法呢？本研究小组提出了“软尾减阻”并致力于发展这种新型的流动控制方法.

1 核心思想

“软尾减阻”的思想朴素而简单.在多数情况下，流线型物体所受到的流体阻力比非流线型物体更小，这是一个众所周知的结论.那么，流线型物体的外壳究竟发挥了什么作用呢？