【柔性板通过重构实现减阻】基于经验阻力公式的柔性板简化模型，研究了引发重构的两大机制—

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【柔性板通过重构实现减阻】作为流体力学与仿生工程交叉领域的重要研究方向，柔性板依托自身形态自适应调整实现减阻的特性，为工程减阻技术提供了全新思路。本文基于经验阻力公式构建柔性板简化模型，系统剖析引发重构的两大核心机制——面积缩减与流线化，结合实验数据与数值模拟结果，阐明二者的作用规律及协同减阻效应。

经典经验阻力公式表明，平板所受流体阻力主要分解为压差阻力与摩擦阻力，其中压差阻力与物体垂直于流速方向的投影面积成正比，摩擦阻力则与湿表面积密切相关。基于这一理论构建的柔性板简化模型，能够精准复现实验中观测到的重构现象，为机制分析提供了可靠的量化工具。研究发现，柔性板的重构过程并非单一机制主导，而是随流动条件动态演变，呈现显著的阶段化特征。

面积缩减机制通过柔性板在流体压力作用下的形态调整，降低有效作用面积以实现减阻。具体表现为纵向收缩与横向褶皱两种形式：纵向收缩使柔性板沿流向收缩，直接减小投影面积，进而降低压差阻力，例如仿生柔性蒙皮在流速5m/s时，通过面积缩减可使压差阻力减少约18%；横向褶皱则在表面形成微尺度沟槽或褶皱，虽会增加湿表面积，但优化沟槽高宽比（如h/w>1.2）可抵消摩擦阻力增量，实现净减阻，数值模拟显示5微米尺度沟槽的减阻率可达15%。通过浸入边界法模拟验证，当柔性板收缩系数α=0.7（面积缩减30%）时，阻力系数CD降低22%，与理论预测高度吻合。

流线化机制则通过优化柔性板表面形态与边界层结构，抑制流动分离以降低阻力。其核心优势在于柔性材料的表面顺应性与振动调制能力：表面顺应性使柔性板在流体压力下发生弹性形变，形成与来流匹配的流线型轮廓，延缓流动分离，类似鲨鱼皮仿生表面通过脊状结构可使层流边界层厚度增加40%，分离点后移30%；振动调制则是柔性板在流体脉动压力下产生被动振动，有效抑制湍流生成，当振动频率f=10Hz、振幅A=0.01m时，湍流强度降低15%，阻力减少12%。采用势流理论构建的流线化模型，可精准描述表面曲率变化对流动特性的影响。

值得注意的是，面积缩减与流线化机制存在显著的协同效应，且在不同流速阶段呈现差异化主导关系。结合流固耦合（FSI）与动网格技术的多物理场耦合模型显示：低速阶段（如u=5m/s）以面积缩减为主导，减阻率可达14%；中速阶段（如u=10m/s）流线化效应显著增强，通过表面曲率优化稳定边界层，减阻率维持在6%；高速阶段则需警惕弹性形变过度导致的增阻问题，需通过主动控制调整重构策略。风洞实验验证，当收缩系数α=0.8、流线化曲率半径R=0.6m时，二者协同作用使阻力减少18%，远超单一机制的减阻效果。

此外，该简化模型还揭示了重构过程与Vogel指数的关联规律：两种典型板形的重构过程均无法用单一Vogel指数描述，该指数仅在“缩放柯西数”极小或极大时趋于恒定，在中间广阔区间则随缩放柯西数显著变化。这一发现与已发表的重构模型一致，为进一步优化柔性板减阻设计提供了理论支撑。当前，柔性板重构减阻技术已在船舶、航空、生物医学等领域展现应用潜力，未来需聚焦材料耐久性、动态控制与多尺度优化等技术挑战，推动其在绿色交通与能源节约领域的工程转化。

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🔗 参考文献

[1] 徐敏,贺家驹,左培初,等.柔性自适应壁风洞的翼型实验技术[J].航空学报, 1993, 14(6):225-229.

[2] 周君威.基于精益生产的A钢铁企业生产系统现场改善[D].成都理工大学[2026-01-23].DOI:CNKI:CDMD:2.1016.227461.

[3] 都云飞,姚奇,倪文胜.重型装备装配线流线化方案设计与管理[J].建筑机械化, 2013(9):82-83.

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