工具类服务
编辑部专用服务
作者专用服务
仿生学在产品设计中的应用意义
现代人们不仅追求物质消费，更多是心理需求。在充斥着各种华丽的产品中，人们更愿意去体验大自然，于是设计师们纷纷从自然着手，产品中形成一股仿生学的热潮，带动了产品设计在生活中的应用。
作者单位：
安徽工程大学机电学院
年，卷(期)：
机标分类号：
在线出版日期：
本文读者也读过
相关检索词
万方数据知识服务平台--国家科技支撑计划资助项目（编号：2006BAH03B01）(C)北京万方数据股份有限公司
万方数据电子出版社仿生缝翼的增升作用
葛长江, 葛美辰, 梁平, 张志辉, 任露泉. 仿生缝翼的增升作用. ): 387-391[GE Chang-jiang, GE Mei-chen, LIANG Ping, ZHANG Zhi-hui, REN Lu-quan. High-lift effect of bionic slat. 吉林大学学报(工学版), ): 387-391]&&
Permissions
仿生缝翼的增升作用
1.吉林大学 工程仿生教育部重点实验室, 长春 130022
2.吉林大学 机械科学与工程学院 长春 130022
葛长江(1981),男,博士.研究方向:工程仿生.E-mail:163_
基金:国家自然科学基金项目();
以长耳鸮的翅膀为模本构建仿生翼型,并在此基础上构建没有凹口的仿生缝翼及仿生多段翼型。利用快速成型系统制作相应的准二维试验模型,并在低湍流度的风洞内进行试验,结果显示:在攻角小于5°时,仿生翼型的升力系数更大,而在攻角大于5°时,具有仿生缝翼的仿生多段翼型的升力系数更优。同时,仿生多段翼型中仿生缝翼能提高失速角和最大升力系数,而且还能延迟升力系数曲线斜率的下降,从而在一定攻角范围内阻止前缘分离的发生。在低雷诺数下的绕翼烟线显示了仿生翼型的前缘分离,但在相同工况下的仿生多段翼型的流场中没有出现前缘分离。这个优点也许可以被用在未来的前缘缝翼的设计中。
工程仿生学;
中图分类号:TB17
文献标志码:A
文章编号:14)2-387-5
High-lift effect of bionic slat
GE Chang-jiang1,
GE Mei-chen2,
LIANG Ping1,
ZHANG Zhi-hui1,
REN Lu-quan1
1.KeyLaboratoryofBionicEngineeringofMinistryofEducation,JilinUniversity,Changchun 130022,China
2.CollegeofMechanicalScienceandEngineering,JilinUniversity,Changchun 130022,China
In this paper, a bionic airfoil mimicking the wing of a long-eared owl is proposed. On this basis, a bionic slat without cove and multi-element airfoil is built. In order to reveal high-lift effect of the bionic slat, the corresponding quasi-two-dimensional models are manufactured by rapid manufacturing and prototyping system. Experiments are conducted in a low-turbulence wind tunnel. The results show that the lift coefficient of the bionic airfoil is larger when the angle of attack is less than 5°, but lift coefficient of the bionic multi-element airfoil with slat is larger s when the angle of attack is greater than 5°. The bionic slat can increase the stall angle and the maxi at the same time, it can also delay the decline of the lift coefficient curve slope in order to prevent the leading-edge separation within a certain range of angle of attack. Furthermore, the flow field around the models is visualized by smoke wire method, which shows the leading-edge separation of the bionic airfoil at low Reynolds numbers. However, the finding does not occur in the flow field of the bionic multi-element airfoil at the same conditions. This superiority may be used as reference in the design of the leading-edge slat or slot.
引言当前,前缘缝翼的设计依然沿用传统设计理念,且更加关注几何细节对缝翼增升作用[,]的影响及流动机理[,]。这使得不可避免地出现凹口结构,导致无法消除由此产生的声源。在自然界中,鸮类以静音飞行著称[,]。吉林大学的研究人员基于鸮类翅膀的特殊结构对NACA0015翼型进行了仿生学设计[],发现仿生结构可以增强翼型的气动性。本文从仿生学的角度出发,重点构建基于长耳鸮小翼羽的没有凹口的仿生缝翼,研究仿生缝翼在增升方面的作用。1 构建仿生翼型和仿生多段翼型鸮翼是由羽毛、骨骼和肌肉组成。为适应飞行时变化的流场,翅膀的展向剖面之间会有一定的相对转角,意味着不同展向位置上的弦线不在同一个平面上,这与一般的人造机翼有些不同。因此,为能在实际设计中应用,人为地对鸮翼进行一定扭转来消除相对转角,并固定在平板上,然后利用三维激光扫描仪进行扫描,见:图1Fig.1 图1 小翼羽内收时的鸮翼的三维扫描模型Fig.1 3D Scanning model of the owl wing with retracting alula初始的扫描结果有很多非光滑的表面,例如,由某些羽枝翘起产生的小面。对此,需要将扫描后的结果进行光顺化处理,以便消除这些奇异边界。翼尖附近的羽毛非常薄,甚至有些羽毛之间没有重叠,以致不能提取剖面,所以从翼尖到小翼羽这部分三维模型被去掉。这样,根据处理后的三维翼模型可以提取二维剖面,具体步骤如下:(1)在小翼羽翼尖到鸮翼翼根的这段三维模型的展向等距提取20个剖面。(2)提取各个剖面的弯度和最大厚度,而后对其进行平均化。(3)构建基于小翼羽内收的仿生翼型。本文使用Birnbaum-Glauert中弧线分布 z( c)公式[,]: 式中: η=x/c为弦线的相对坐标, x为弦线方向上的坐标; z cmax为步骤(2)得到的平均化弯度; c为翼型的弦长: 式中: z tmax为第(2)步得到的平均化最大厚度,参数 S n和 A n是描绘翼型分布的多项式的系数,见:表1Table 1表1(Table 1)
表1 中弧线和厚度分布公式中的系数
Table 1 Coefficients for the camber line distribution and the thickness distribution系数 n=1n=2n=3n=4 S n1.503×10-1-2.841×10-31.188×10-3- A n-1.9124.005-3.4511.091
表1 中弧线和厚度分布公式中的系数
Table 1 Coefficients for the camber line distribution and the thickness distribution 得到中弧线分布和厚度分布后,计算翼型剖面曲线式中: zupper为翼型的上表面曲线的坐标; zlower为翼型的下表面曲线的坐标。基于鸮翼的仿生翼型,即仿生缝翼内收时的仿生翼型,见(a):图2Fig.2 图2 仿生翼型和仿生多段翼型Fig.2 Bionic airfoil and bionic multi-element airfoil以弦长为基准的翼型参数的相对值如下:弦长 c=100 mm,展长 l=150 mm,鸮翼模型的面积 A=15000 mm2,最大厚度 z t(max)=14.77%,最大厚度的位置 x zt(max)=15.00%,弯度 z cmax=3.80%,弯度的位置 x zcmax=50.40%。(4)构建基于小翼羽外伸的仿生多段翼型。从工程实际出发,这里认为仿生缝翼的外剖面曲线是仿生多段翼型的一部分。进一步假定仿生缝翼与固定翼的前缘点,仿生缝翼内、外剖面曲线的起点E,固定翼前缘剖面曲线的起点F重合。随后,在三维小翼羽模型的展向中间位置上提取具有代表性的下表面曲线,然后对其进行二次曲线拟合,并作为仿生缝翼的内剖面曲线。接着,以此曲线沿着仿生翼型的前缘剖分仿生翼型,得到仿生缝翼内、外剖面曲线的终点G和固定翼前缘剖面曲线的终点H。可以发现点G既与点H重合,又是仿生缝翼的后缘点。这样就确定了仿生缝翼外伸时的仿生多段翼型,见(b)。可以看到仿生缝翼没有凹口,这样就有效地避免了由此产生的声源。2 试验模型和方法根据所示的二维翼型的几何参数制作准二维的仿生缝翼内收和外伸的试验模型。对于仿生翼型的准二维模型参数如前文所述,而对于仿生多段翼型,内收时的展长和弦长分别为150 mm和100 mm,但还需仿生缝翼的位形参数,以仿生多段翼的弦长为基准的相对参数值如下:弦长值为25%,前伸值为5%,偏角为0°,下垂值为1%,,缝道值为0.925%。这里采用快速成型系统制作准二维试验模型,见:图3Fig.3 图3 仿生缝翼内收和外伸时的准二维仿生模型Fig.3 Quasi-2D bionic models with retracting and stretching bionic slat试验在低湍流度的LW-9117风洞中进行,试验段的界面为150 mm×150 mm。风洞测试会带来一定的尺度效应和虚假雷诺数效应,本文的二元试验采用洞壁干扰修正,即浮力修正,固体阻塞修正,尾流阻塞修正和流线弯曲修正。使用的修正公式如下: 式中: ε为阻塞修正因子, ε=εsb +εwb, εsb为固体阻塞修正因子, εwb为尾流阻塞修正因子; σ= 为流线弯曲修正因子, c为模型弦长, h为风洞高度; α、 cl、 、 cd分别为攻角、升力系数、力矩系数和阻力系数,其中下标中有u的表示原始数据,没有u的表示修正后的数据。根据使用的风洞的尺寸和翼型几何外形计算得出 同时,用模型将翼型和三向测量单元之间的链接件覆盖,以便忽略链接件的气动力,这样就能得到风洞修正后的数据。本文还通过烟线显示绕翼流动,证实仿生缝翼内收和外伸时导致的不同气动升力提供相应的流场结构,以便揭示仿生缝翼对流场影响的机理。3 试验结果与分析自然界中鸮降落时的雷诺数 Re一般不超过6×104,并且飞机降落时也处于低雷诺数状态,因此这里选择的试验速度为5.9、8.8 m/s,相应地,雷诺数分别大约为4×104和6×104。是不同雷诺数下仿生缝翼内收和外伸时的升力系数曲线。从图中可以看到,仿生缝翼处于不同的状态会对升力系数曲线的变化有以下较大的影响。图4Fig.4 图4 在 Re=4×104和6×104情况下随攻角变化的升力系数分布Fig.4 Distribution of the lift coefficient over angles of attack for Re=4×104 and 6×104(1)在攻角小于5°时,仿生缝翼外伸会降低升力系数。此时,仿生缝翼的弦向与气流的流向之间的夹角较大,从而导致仿生缝翼的迎风面较大,像机翼上的扰流器一样工作,起到减小升力和增大阻力的作用。同样,鸮在小攻角飞行时小翼羽也是内收的。(2)攻角大于5°时,仿生缝翼外伸有助于升力系数的提高,并且随着攻角的变大仿生缝翼的作用也变明显。此时仿生缝翼起到前缘缝翼的作用,可以在低雷诺数下提高翼型整体的升力。类似地,鸮只会在降落等大攻角情况下外伸小翼羽。(3)仿生缝翼外伸可以提升仿生多段翼型的失速角和最大升力系数,见:表2Table 2表2(Table 2)
表2 仿生缝翼内收和外伸的气动性能
Table 2 Aerodynamics with retracting and stretching bionic slat性能指标 Re=4×104 Re=6×104内收外伸内收外伸失速攻角/(°)18262027最大升力系数0.91.191.091.39斜率变化的攻角/(°)514518
表2 仿生缝翼内收和外伸的气动性能
Table 2 Aerodynamics with retracting and stretching bionic slat从表中可以看到,在 Re=4 ×104时,仿生缝翼内收的模型的最大升力系数只有0.9,而仿生缝翼外伸的模型的升力系数则达到了1.19,增幅达到32.2%。显然,这对翼型的整体升力有很大帮助。由于鸮类在捕食过程中滑行的角度非常陡,一般为24°,而仿生缝翼内收时的失速角为18°,所以需要仿生缝翼外伸,此时的失速角为26°。同样,在 Re=6 ×104时也有类似的情况,而且随着流速的增加,相应的失速角和最大升力系数也有增长。(4)中的升力曲线的斜率均有明显下降,这是由于翼型的前缘分离所致。从中可以看到,在 Re=4×104时,仿生缝翼内收时的斜率变化的攻角为5°,而仿生缝翼外伸时则将斜率变化的攻角提高到14°。也就是说前缘附近的层流分离被延迟了9°,增加180%,加强了仿生多段翼型在相对宽的攻角下的飞行性能。同样,在 Re=6×104时,仿生缝翼内收时的斜率变化的攻角为5°,而仿生缝翼外伸时斜率变化的攻角则提高到了18°,甚至比低雷诺数下的攻角还多4°。对于低速大攻角滑行的鸟类来说,这显然是非常有利的。由于在鸮类的飞行过程中小翼羽是连续变化的,而试验中的仿生缝翼是固定的,未能阻止前缘分离的发生,导致升力曲线的斜率下降。为揭示仿生缝翼对流场结构的影响,结合仿生缝翼内收和外伸时的烟线变化情况分析其对绕翼流动的作用。(a)给出了仿生缝翼内收时的流场。从图中可看到,即便在较小的攻角下,由于层流边界层不能承受较大的逆压梯度而发生分离。在下游,分离气泡和自由流间的剪切层具有一定的速度梯度,造成流动的不稳定性,导致剪切层流动的转捩。卷起的湍流剪切层与壁面之间进行能量交换后,壁面附近的流体再次得到一定的速度,从而实现了再附着,这符合(a)中显示的气动特性。相反,(a)则显示仿生缝翼外伸时不会出现前缘层流分离。这可能是因为仿生缝翼与固定翼之间的缝道逐渐变小,从而产生了一个顺压梯度。同时在仿生缝翼后缘的尾流中有Kelvin-Helmholtz(K-H)不稳定性,促进下游边界层的转捩。这样边界层具有更高的流速,从而抵抗势流产生的逆压梯度和由固体表面产生的摩擦阻力。如果将仿生缝翼和固定翼看成一个整体,则仿生缝翼可被认为增加了仿生多段翼的弦长,使固定翼上表面的流速相对下降,这样产生一个相对小的压力峰和逆压梯度。图5Fig.5 图5 在 α=6°和 Re=4×104情况下仿生缝翼内收和外伸时的流场Fig.5 Flow field around the wing with retracting and stretching bionic slat at α=6°and Re=4×1044 结论(1)在小攻角的情况下,内收的仿生缝翼有碍于升力特性,起到扰流器的作用。(2)在大攻角的情况下,外伸的仿生缝翼有利于升力系数的提高,起到前缘缝翼的作用。(3)仿生缝翼可以提升翼型的失速角和最大升力系数。(4)仿生缝翼能延迟升力系数曲线斜率的下降。同时绕翼烟线显示,仿生缝翼内收时出现了前缘分离,而外伸时则没有。这可能是因为逐渐缩小的缝道创造了一个顺压梯度;仿生缝翼的外伸相当于增加了仿生多段翼的弦长,减小固定翼上逆压梯度的峰值;仿生缝翼的尾流为固定翼上表面的边界层的转捩提供了扰动和不稳定性。
The authors have declared that no competing interests exist.
Soderman P T, Kafyeke F, Boudreau J, et al.
Airframe noise study of a Bombardier CRJ-700 aircraft model in the NASA Ames 7-by 10-foot wind tunnel[J]. International Journal of Aeroacoustics, 2004, 3(1): 1-42.
[本文引用:1]
[JCR: 0.627]
Chow L C, Mau K, Remy H. Land ing gear and
high lift devices airframe noise research[C]∥AIAAPaper, 2002-2408.
[本文引用:1]
Zhaokai Ma. Slat noise attenuation using acoustic liner[C]∥AIAAPaper, 2005-3009.
[本文引用:1]
Smith M G, Chow L C, Molin N. Attenuation of slat trailing edge noise using slat gap acoustic liners[C]∥AIAAPaper, 2006-2666.
[本文引用:1]
Choudhari M, Khorrami M R, Lockard D P. Slat cove noise modeling: a posteriori analysis of unsteady RANS simulations[C]∥AIAAPaper, 2002-2468.
[本文引用:1]
Takeda K, Ashcroft G B, Zhang X. Unsteady aerodynamics of slat Cove flow in a high-lift device configuration[C]∥AIAAPaper, 2001-0706.
[本文引用:1]
徐成宇, 钱志辉, 刘庆萍, 等.
基于长耳鸮翼前缘的仿生耦合翼型气动性能[J]. Xu Cheng-yu, Qian Zhi-hui, Liu Qing-ping, et al.
Aerodynamic performance of bionic coupled foils based on leading edge of long-eared owl wing[J].
[本文引用:1]
[CJCR: 0.701]
Meseguer J, Franchini S, Perez-Grand e I, et al.
On the aerodynamics of leading-edge high-lift devices of avian wings[J]. Proc Inst Mech Eng G, 2005, 219: 63-68.
[本文引用:1]
van Der Burg J W, Eliasson P, Delille T, et al.
Geometric installation and
deformation effects in high-lift flows[C]∥AIAA Journal, 2009, 47: 60-70.
[本文引用:1]
Rudnik R. Stall behaviour of the eurolift high-lift configurations[C]∥AIAAPaper, 2008-836.
[本文引用:1]
Graham R R.
The silent flight of owls[J]. J Roy Aero Soc, 1934, 38: 837-843.
[本文引用:1]
Lilley G M. A study of the silent flight of the owl[C]∥AIAAPaper, 1998-2340.
[本文引用:1]
Nachtigall W, Kempf B.
Vergleichende untersuchungen zur flugbiologischen funktion des daumenfittichs (Alula spuria) bei vögeln[J]. Z vergl Physiologie, 1971, 71: 326-341.
[本文引用:1]
Liu T S, Kuykendoll K, Rhew R, et al.
Avian Wing Geometry and
Kinematics[C]∥AIAA Journal, 2006, 44: 954-963.
[本文引用:1]
Klan S, Bachmann T, Klaas M, et al.
Experimental analysis of the flow field over a novel owl based airfoil[J].
[本文引用:1]
[JCR: 1.572]
. ):108-112
Key Laboratory of Bionic Engineering, Ministry of Education,Jilin University,Changchun&nbsp|130022|China
The features of drag?and noise?reduction of the representative animal owls in fluid medium were studied. It was found that the silent flight capability to the prey of the long-eared owl mainly depends upon the distinct sequential array of its high-lift wing feathers. Applying the reverse reconstruction technique to quantify the geometric information about the leading edge shape of the long-eared owl wing, a bionic coupled model was built in which the leading edge shape was defined by wavelength and wavecrest-to-wavetrough amplitude. The finite volume method and the pressure?corrected SIMPLEC algorithm were used to simulate numerically the aerodynamic performance of the bionic airfoil model. The results show that at the condition of deep stall, the bionic airfoil model can improve significantly the aeroperformance in a certain ranges of wavelength and amplitude, increase the airfoil lift by 19.8%, delay the stall attach angle by 30.3%. The amplitude of the airfoil leading edge demonstrates more effective on improving the aeroperformance of airfoil at deep-stall than that of wavelength.
基于对流体介质中典型动物长耳鸮减阻降噪耦合功能的研究，揭示了其快速无声捕食主要取决于其高升力翼羽独有的序贯排列方式；应用逆向重构技术，量化了长耳鸮翅膀翼羽前缘形态特征几何信息，并建立仿生耦合模型，其展向前缘形态可以用波长与振幅（波峰、波谷）来限定。应用基于有限体积法和压力修正的SIMPLEC 算法，对仿生耦合翼型模型的气动特性进行了数值模拟。结果表明，在深度失速条件下，仿生耦合翼型结构在一定的波长和振幅范围内能够显著改善翼型的气动性能，升力增幅高达19.8 %。失速攻角延迟30.3 %。与波长相比，调节振幅能更好改善翼型深度失速条件下的气动性能。
... 引言当前,前缘缝翼的设计依然沿用传统设计理念,且更加关注几何细节对缝翼增升作用[7,8]的影响及流动机理[9,10] ...
... 引言当前,前缘缝翼的设计依然沿用传统设计理念,且更加关注几何细节对缝翼增升作用[7,8]的影响及流动机理[9,10] ...
... 引言当前,前缘缝翼的设计依然沿用传统设计理念,且更加关注几何细节对缝翼增升作用[7,8]的影响及流动机理[9,10] ...
... 引言当前,前缘缝翼的设计依然沿用传统设计理念,且更加关注几何细节对缝翼增升作用[7,8]的影响及流动机理[9,10] ...
... 在自然界中,鸮类以静音飞行著称[11,12] ...
... 在自然界中,鸮类以静音飞行著称[11,12] ...
... 吉林大学的研究人员基于鸮类翅膀的特殊结构对NACA0015翼型进行了仿生学设计[13],发现仿生结构可以增强翼型的气动性 ...
... 本文使用Birnbaum-Glauert中弧线分布z(c)公式[14,15]: ...
1.Institute of Aerodynamics Wüllnerstr. 5a 52062 Aachen Germany&br/&2.Institute of Biology II Kopernikusstr. 16 52074 Aachen Germany&br/&
The aerodynamics of a newly constructed wing model the geometry of which is related to the wing of a barn owl is experimentally investigated. Several barn owl wings are scanned to obtain three-dimensional surface models of natural wings. A rectangular wing model with the general geometry of the barn owl but without any owl-specific structure being the reference case for all subsequent measurements is investigated using pressure tabs, oil flow pattern technique, and particle-image velocimetry. The main flow feature of the clean wing is a transitional separation bubble on the suction side. The size of the bubble depends on the Reynolds number and the angle of attack, whereas the location is mainly influenced by the angle of attack. Next, a second model with a modified surface is considered and its influence on the flow field is analyzed. Applying a velvet onto the suction side drastically reduces the size of this separation at moderate angles of attack and higher Reynolds numbers.
... 本文使用Birnbaum-Glauert中弧线分布z(c)公式[14,15]: ...
仿生缝翼的增升作用
[葛长江1, 葛美辰2, 梁平1, 张志辉1, 任露泉1]泡芙小姐总代 招代理微信so800900&丶出品，马云投资，皮三导演，杨幂等二十四位一线明星所代言，“火不火” 你说了算 “来不来”由你决定1丶无论你是谁，一次性拿6盒货，即可成为代理，只要你有业余时间，会使用手机微信丶扣扣丶等等就可以做。2丶不限地区丶不限时间，兼职丶全职都可以。泡芙小姐面膜3丶每天坚持从我这里转发文字和图片，你有客户要产品就可以从我这拿货，担心资金交易安全的问题可以通过淘宝交易，如果你不想花成本拿货，我也可以一件代发到你的客户手上，你赚取差价。泡芙小姐面膜4丶保证正品，支持二维码丶紫外线查询丶公司防伪电话和官网均能查到我的是正品。泡芙小姐面膜5丶代理价和零售价都是公司统一规定的，必须按公司规定价格零售，不允许乱打折。泡芙小姐面膜6丶面膜是护肤品当中消费最低的丶最必须的丶最快重复购买的产品，选择代理面膜不容置疑！泡芙小姐面膜7丶我们每周会定期提借免费的微信群授课，教你如何做好泡芙小姐面膜
@你关注的人或派友
亲，先登录哦！
【线下加油站】
9月24日-9月27日（4天4夜）
电商服务商o【优选】
偷窥对手数据，店长的好帮手！
十年沉淀成就电商ERP用户数第一！
品牌换装首选e盒印99大促！
请输入姓名：
请输入对方邮件地址：
您的反馈对我们至关重要！功能仿生建材
①自然界在亿万年的演化过程中孕育了各种各样的生物，每种生物都拥有神奇的特性和功能。通过研究、学习、模仿来复制和再造某些生物的特性和功能，将极大地提高人类对自然的适应和改造能力，产生巨大的社会经济效益。这样，一门综合性的学科――仿生学便应运而生了。现代仿生学已延伸到很多领域，建材仿生是其应用领域之一。而功能仿生建材又是建材仿生的突出代表。
②研制功能仿生建材的目的是使人造的材料具有或能够部分实现高级动物丰富的功能，如思维、感知等，也就是说能够研制出智能化材料。
③解剖学研究表明，动物或人的皮是具有多功能结构的典型智能生物材料之一，具有可弯曲变形、调节温度、防水、阻止化学物质和细菌进入及自修复等功能的复杂层状组织。人们从这里受到了启发，在一些高层建筑上，应用恰当的装饰材料，将风、光等对建筑产生负面影响的能量，转化为高层建筑环境所需能量的一部分，化害为利，变废为宝，创造更富有活力的生存与行为环境，并满足节能的要求。如比利时首都布鲁塞尔马蒂尼大厦的建筑师和工程师，模仿变色蜥蜴的皮肤对环境能做出反应的特点，在建筑界面外装置一层遮阳百叶作双层皮，通风管道置于双层皮中。夏天可阻挡阳光，减少冷气负荷，冬天双层皮又可用作日光采集器，加热空气预热空调。这样既达到了装饰的目的，又达到了节能的目的。建筑物的防水材料一直是个难题，而人和动物的皮肤具有很好的防水性能。汗液可以渗透出来，外面的水却透不进去。这一巧妙功能，促使人们正在探索皮肤微观结构的奥秘，它将为解决建筑防水问题开辟新的途径。
④荷叶出污泥而不染，历来为世人所称赞，人们利用这种“荷叶效应”，研制出各种自洁净、防污渍材料和涂料，如自洁净玻璃，还有利用自洁净技术生产出的涂层涂覆在水龙头、门窗等不会沾上手印及污渍等。
⑤目前建筑物所使用的承重材料主要是钢材、木材、石材、混凝土以及钢材和混凝土的组合材料，这些材料的弹性模量大，即刚度较大，在外力作用下的变形几乎用肉眼看不出来。多数材料在接近极限荷载时发生突然破坏，使得人们无法进行破坏前的预防。而生物体的功能之一就是能向外界传达自身的异常状态。例如人体，当睡眠不足的时候，眼睛会充血；体内被病菌感染时，体温会上升发烧等等，这些都是对自身的异常状态向外传递信号。具有自我诊断、预告破坏功能的材料就是在这种思想的启发下进行研究的。
功能仿生建材 阅读答案
⑥功能仿生材料更加高级的功能还有自我调节和自我修复功能。即材料能够根据外部荷载的大小、形状需求等，对自身的承载能力、变形性能等进行自我调整，符合外部作用的需要，这种性能就是自我调节功能。自我修复功能是指材料本身具有类似于自然生物的自我生长、新陈代谢的功能，对遭受破坏或伤害的部位能够进行自我修复、自愈再生，这样建筑物的寿命可大大延长，安全性也会得到很大程度的增强。
⑦智能建材的探索和研究虽然还刚刚起步，但是随着材料科学、电子技术以及自动控制手段的不断进步，必将不断取得新的进展，未来的建筑及所用的材料将走向智能化。
15．从文中介绍看，功能仿生建材与常规建材相比，有哪些独特的功能？（2分）
16．请根据第①②段的说明，用简洁的语言说说什么是功能仿生建材？(2分)
17．第③段中画横线句中的“这样”，具体指代什么内容？请用文中原句回答。（2分）
18．第⑥段中画横线句中“还有”一词使用欠当，请加以调整或修改，使该句能准确表达出作者所要表达的意思。（2分）
19．下列说法符合原文意思的一项是(
A. 建筑师和工程师部分采用仿生建材建成的布鲁塞尔马蒂尔大厦，体现出了一般大厦所不具备的节能优势。
B. 模仿人和其他动物皮肤防水性能制造的智能化建材，较好地解决了一直困扰人们的建筑防水问题。
C. 利用“荷叶效应”研制出的自洁玻璃是我国制造生产功能仿生建材的成功范例。
D. 目前，材料科学、电子技术以及自动控制手段相对滞后的发展现状，影响和阻碍了功能仿生建材的探索与研究，但这种局面很快将得以改变。
20．功能仿生建材只是仿生学运用于建材研究与制造的一个方面。你能根据自己的理解、认识或借助联想和想像，另举一类仿生建材或其他仿生的例子吗？要求简要叙述出仿生原理，表述准确、完整。（2分）
功能仿生建材 阅读答案
参考答案：
15.①能将作用于建筑物的负面影响的能量，转化为建筑环境所需能量的一部分，化害为利，并满足节能的要求。②具有独特的防水性能。③具有自洁净，防污渍功能。④具有自我诊断，预告遭受伤害或破坏的功能。⑤具有自我调节，自我修复功能。（2分。答出其中四个要点即可；每点0.5分）
16. 功能仿生建材就是人们通过研究、模仿生物体固有的特性、功能研制出来的，具有或部分能够实现高级生物功能的智能化建筑材料。（按三个部分赋分：“人们通过研究、模仿生物体固有的特性、功能研制出来”；“具有或部分能够实现高级生物功能”；“智能化建筑材料”；意思对即可）
17. 在建筑界面外装置一层遮阳百叶作双层皮，并将通风管道置于双层皮中。（若答“在一些高层建筑上……并满足节能要求”一句，得1分）
18. 功能仿生材料还有自我调节和自我修复等更加高级的功能（或“功能仿生建材更加高级的功能是自我调节和自我修复”。2分，调整或修改后仍不能准确表达出作者所要表达的意思的不得分）
19. A（2分）
20. 示例：蝙蝠具有靠自身发射并接收超声波分辨物体大小和方位的功能。科研人员通过研究、模仿蝙蝠的功能，研制出了早已广泛应用于军事、科技领域的超声波雷达。这种雷达能对相关固定物体进行准确定位，并能提供一定范围内空中移动物体的有关信息。（能叙述出仿生原理，1分；表述准确、完整，1分）
功能仿生建材 阅读答案}