日本新幹線集電弓的造型設計的靈感來自貓頭鷹的羽毛~能減少高速行駛中產生的噪音

羽毛也是貓頭鷹靜音飛行的重要因素。貓頭鷹翅膀初級飛羽外緣的梳齒結構可以起到渦流發生器的作用，將流過翅膀表面的大空氣渦流「過濾」成細碎的小渦流，抑制紊流邊界層噪聲的產生；氣流經過翅膀後緣時會發生渦旋脫落分離，初級飛羽後緣的穗狀須邊可以使脫離過程變得離散，抑制渦流脫離引起的氣動噪聲；覆蓋在貓頭鷹體表的大量鬆軟絨毛具有吸聲降噪功能，能夠吸收氣流與貓頭鷹身體作用時發出的聲音，減少聲音反射。貓頭鷹體表羽毛的多級分叉結構(包括絨毛末級分叉「竹節」結構)也在氣動噪聲能量耗散方面也發揮著重要作用

貓頭鷹的靜音飛行與其飛行噪音的特性有關。貓頭鷹可以將絕大部分飛行噪聲能量控制在1600Hz以下的低頻範圍。而其獵物(田鼠等)的聽覺只對頻率在2000Hz以上的聲音敏感，獵物聽不到貓頭鷹的飛行

貓頭鷹已經掌握了安靜飛行的技巧，因此能在在毫無戒心的獵物頭上滑翔。現在，科學家們認為我們可以向貓頭鷹學習，讓我們的風力渦輪機和飛機安靜下來，而這一切都與貓頭鷹翅膀前部的鋸齒狀邊緣有關
科學家已經通過計算機模型和風洞實驗證明了，這些鋸齒可以幫助我們降低空氣穿過金屬時所產生的噪音。

來自日本千葉大學的研究小組發現，貓頭鷹翅膀前緣的鋸齒能控制湍流和流線型氣流之間的轉換，同樣的原理也可以應用在我們自己的機器上。

這項研究的帶頭人Hao Liu表示：「貓頭鷹因為擁有獨特的翅膀，可以無聲飛行而聞名於世，這些特徵通常包括了前緣鋸齒、後緣條紋，以及天鵝絨般的表面。」

「我們想了解這些特性如何影響空氣動力的產生和噪音的降低，以及它們是否可以應用於其它地方。」

研究人員將受到貓頭鷹翅膀啟發的翼形模型組合在一起，並在缺少前緣鋸齒的情況下對其進行測試。先前的研究已經突出表明了貓頭鷹翅膀的梳狀鋸齒，但研究人員始終不太了解它們的作用。

於是研究人員在一個大型的渦流模擬和低速風洞實驗中，用粒子圖像測速技術（PIV）測試了這些翼形模型。這種渦流模型是科學家用來研究氣流的標準數學模型。

事實證明，翅膀的前緣鋸齒可以被動地控制在0到20度的攻擊角度（AoA）之間，控制層流（穩定的）氣流和在機翼上表面的湍流氣流之間的過渡轉換。該攻擊角度指的是機翼的角度和氣流方向之間的關係。
換句話說，這些鋸齒對於控制空氣動力和聲音的產生是至關重要的：它們打散了撞擊在機翼上的急速氣流中的高頻漩渦，將其變成了更小、更安靜的漩渦。

科學家研究發現，力量生產和噪音抑制之間存在著一種平衡。在AoA不到15度的地方，與乾淨的鉛邊緣相比，鋸齒形的前緣降低了空氣動力學性能。

一旦這個角度超過15度——就像貓頭鷹在飛行中一樣，空氣動力性能和降噪就都會得到改善。

要把這些發現都成功地在渦輪機、飛機以及任何天上飛的東西身上付諸實踐，我們還有很長一段路要走。但是現在的研究都能為後人所借鑑。

Liu說道：「如果是應用於風力渦輪機葉片、飛機機翼或無人機旋翼，這些從貓頭鷹獲得靈感的前沿鋸齒，可以為流量控制和降噪提供有用的仿生設計。」

「比如說，當噪音問題是建造風力渦輪機的主要障礙之一時，提供一種能夠減少噪音的方法是最受歡迎的。」

日本新幹線集電弓的造型設計的靈感來自貓頭鷹的羽毛~能減少高速行駛中產生的噪音

羽毛也是貓頭鷹靜音飛行的重要因素。貓頭鷹翅膀初級飛羽外緣的梳齒結構可以起到渦流發生器的作用，將流過翅膀表面的大空氣渦流「過濾」成細碎的小渦流，抑制紊流邊界層噪聲的產生；氣流經過翅膀後緣時會發生渦旋脫落分離，初級飛羽後緣的穗狀須邊可以使脫離過程變得離散，抑制渦流脫離引起的氣動噪聲；覆蓋在貓頭鷹體表的大量鬆軟絨毛具有吸聲降噪功能，能夠吸收氣流與貓頭鷹身體作用時發出的聲音，減少聲音反射。貓頭鷹體表羽毛的多級分叉結構(包括絨毛末級分叉「竹節」結構)也在氣動噪聲能量耗散方面也發揮著重要作用

貓頭鷹的靜音飛行與其飛行噪音的特性有關。貓頭鷹可以將絕大部分飛行噪聲能量控制在1600Hz以下的低頻範圍。而其獵物(田鼠等)的聽覺只對頻率在2000Hz以上的聲音敏感，獵物聽不到貓頭鷹的飛行

貓頭鷹已經掌握了安靜飛行的技巧，因此能在在毫無戒心的獵物頭上滑翔。現在，科學家們認為我們可以向貓頭鷹學習，讓我們的風力渦輪機和飛機安靜下來，而這一切都與貓頭鷹翅膀前部的鋸齒狀邊緣有關
科學家已經通過計算機模型和風洞實驗證明了，這些鋸齒可以幫助我們降低空氣穿過金屬時所產生的噪音。

來自日本千葉大學的研究小組發現，貓頭鷹翅膀前緣的鋸齒能控制湍流和流線型氣流之間的轉換，同樣的原理也可以應用在我們自己的機器上。

這項研究的帶頭人Hao Liu表示：「貓頭鷹因為擁有獨特的翅膀，可以無聲飛行而聞名於世，這些特徵通常包括了前緣鋸齒、後緣條紋，以及天鵝絨般的表面。」

「我們想了解這些特性如何影響空氣動力的產生和噪音的降低，以及它們是否可以應用於其它地方。」

研究人員將受到貓頭鷹翅膀啟發的翼形模型組合在一起，並在缺少前緣鋸齒的情況下對其進行測試。先前的研究已經突出表明了貓頭鷹翅膀的梳狀鋸齒，但研究人員始終不太了解它們的作用。

於是研究人員在一個大型的渦流模擬和低速風洞實驗中，用粒子圖像測速技術（PIV）測試了這些翼形模型。這種渦流模型是科學家用來研究氣流的標準數學模型。

事實證明，翅膀的前緣鋸齒可以被動地控制在0到20度的攻擊角度（AoA）之間，控制層流（穩定的）氣流和在機翼上表面的湍流氣流之間的過渡轉換。該攻擊角度指的是機翼的角度和氣流方向之間的關係。
換句話說，這些鋸齒對於控制空氣動力和聲音的產生是至關重要的：它們打散了撞擊在機翼上的急速氣流中的高頻漩渦，將其變成了更小、更安靜的漩渦。

科學家研究發現，力量生產和噪音抑制之間存在著一種平衡。在AoA不到15度的地方，與乾淨的鉛邊緣相比，鋸齒形的前緣降低了空氣動力學性能。

一旦這個角度超過15度——就像貓頭鷹在飛行中一樣，空氣動力性能和降噪就都會得到改善。

要把這些發現都成功地在渦輪機、飛機以及任何天上飛的東西身上付諸實踐，我們還有很長一段路要走。但是現在的研究都能為後人所借鑑。

Liu說道：「如果是應用於風力渦輪機葉片、飛機機翼或無人機旋翼，這些從貓頭鷹獲得靈感的前沿鋸齒，可以為流量控制和降噪提供有用的仿生設計。」

「比如說，當噪音問題是建造風力渦輪機的主要障礙之一時，提供一種能夠減少噪音的方法是最受歡迎的。」

💥《奈米科技中的力學》激發經典學科新火花💥


物質在奈米尺度下會呈現出與一般狀態截然不同的特性，我們若從原子或分子的層次來設計、建造具備分子組織的結構體，便能製造出功能新穎的元件或器具，來解決目前所遇到的瓶頸和問題。這樣的技術我們稱為奈米科技，它是近二十年來興起且熱門的領域，極有可能推動下一波工業革命。

力學則是一門歷史悠久的學科，很多日常生活中可觀察到的現象、產品都離不開它，大學工學院中也有很多系所是以力學作為核心課程。然而，綜觀目前國內奈米科技的相關書籍約有二十餘本，卻無從力學角度出發者，這對土木、機械、航空、造船工程等以力學為核心知識的學生或讀者來說，在進入奈米科技時總是缺少一塊墊腳石。

為協助跨領域的奈米科技人才，本書由力學觀點出發，連結「力學」與「奈米科技」，使具有力學基礎的讀者能漸進地進入奈米科技領域。《奈米科技中的力學》共有七章，第一章闡述了奈米科技、力學及二者間的關係；第二章以介電泳及光鑷為題，透過如何利用此兩項工具對奈米物體施力及力矩與動力學連結；第三章以原子力顯微鏡為題，透過懸臂梁與材料力學連結；第四章以奈米流體為題，透過其數學模式與流體力學連結；第五章以軟物質的力學與材料特性為題，統整奈米物體會遭遇到的各種力；第六章以利用分子模擬探索奈米結構為題，與量子力學連結；第七章討論超常材料，以拓展讀者視野。

本書編者李雨為臺大應用力學研究所教授。曾獲頒1987、2008、2011及2017年度臺灣大學優良教師獎。歷年研究領域有地幔對流、旋轉流、紊流、二相懸浮流、微流技術、廣義介電泳、細胞物理、奈米流體及甲殼素的凝血機制等。

歡迎至出版中心在校內的三個書店參觀選購：（1）校總區書店（圖書館左側地下一樓，電話：02-23659286）營業時間為：星期一至星期五8:30～17:00；（2）水源校區書店（澄思樓一樓，電話：02-33663993#18）營業時間為：星期一至星期五 8:30～12:00 , 13:00～17:00；（3）校史館書店（電話：02-33661523）營業時間 : 星期三～星期一9:00～17:00；星期二9:00～15:00，每月最後一個星期二及國定假日公休。亦歡迎讀者透過博客來、三民、五南、國家書店、誠品、臺灣商務、iRead、TAAZE等網路書店選購。出版中心客服專線：02-23659286；網址：www.press.ntu.edu.tw。

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