AeroShark鲨鱼皮仿生膜与Riblet薄膜：基于鲨鱼皮微结构的航空节能技术进展

20世纪70年代初，德国生物学家沃尔夫-恩斯特·赖夫（Wolf-Ernst Reif）在研究鲨鱼皮化石时，利用当时新发明的扫描电子显微镜发现了细小的纵向沟槽。随后，他在当代快速游动的鲨鱼皮中也发现了同样的微结构。赖夫与德国航空航天中心DLR研究湍流的科学家迪特里希·沃尔夫冈·贝歇特（Dietrich Wolfgang Bechert）交谈后，他们理解了这些微结构（现称为“沟状结构”）的作用：它们通过将湍流边界层中涡旋之间的接触限制在微米级高度沟槽的尖端来减少摩擦阻力。

时间快进到2019年11月。经过三年对一种模仿鲨鱼皮的粘合膜的测试，汉莎技术公司（LHT）获得了首个补充型号合格证（STC），允许其在波音747-400飞机上使用。两年后，澳大利亚初创公司MicroTau开始测试一款竞争性的肋状粘合膜。

随着越来越多的机型获得标准飞行许可证 (STC)，燃油效率或将提升 1% 甚至更高。飞机服役期间的此类提升通常源于发动机升级。由于新飞机交付延迟，许多运营商需要延长老旧飞机的服役时间，他们或许会希望找到一种新的方法来降低燃油成本。

LHT 的 AeroShark 已在 27 架飞机上使用，主要为波音777-300ER 和 777F，以及四架 777-200ER 和一架 747-400。该薄膜由 50 微米的棱柱形沟槽组成。安装粘合薄膜需要将沟槽以不同的角度放置，以顺应气流。LHT 工程师表示，由于 AeroShark 专为巡航阶段设计，因此它更适合长途飞行而非短途飞行。

从1号门开始，薄膜覆盖了整个飞机长度。从正面看，薄膜覆盖了四分之三的机身以及发动机舱，只留下了顶部区域。Aeroshark产品销售主管Jens-Uwe Mueller表示，在777-300ER飞机上，薄膜覆盖面积超过900平方米（ 9,700平方英尺），其中每个发动机舱覆盖50平方米。

穆勒解释说，机头顶部区域安装起来比较棘手。“由于飞机在巡航飞行中机头略微上仰，薄膜对该区域的影响较小，”他说道。“此外，我们必须确保薄膜不会对稳定器的气流产生负面影响。而且，在机头顶部安装薄膜就更加困难了。”目前，薄膜覆盖了777飞机40%的表面积，穆勒希望将这一比例提升到80%。

AeroShark 为 777 飞机增加了约 150 公斤（330 磅）的重量。LHT 估计，在 10 小时的飞行中，它可以节省 1% 的燃油。Mueller 表示，投资回报期为 2-3 年，具体取决于飞机利用率、燃油价格和安装成本，而这些成本本身会随着改装中心的人工成本而变化。

LHT 目前正在为空客 A330 设计一个版本。穆勒表示，A321XLR 也可能成为未来研发的一个有趣目标，因为 AeroShark 的改装可以增加航程。

自产品上市以来，该公司已收到50多份订单，其中第27和第28份订单正在进行改造。LHT发言人指出，第一套设备已使用近六年，几乎没有出现任何性能下降。

与此同时，MicroTau 正致力于为其商用飞机上的 Riblet 改装套件获得标准认证 (STC)，首先从空客 A320 和波音767 开始。该公司创始人兼首席执行官亨利·比林斯基 (Henry Bilinsky) 表示，该公司计划在未来 12 个月内与捷星航空合作，在 A320 上进行飞行测试和认证。波音 767 将于明年搭载 Riblet 套件试飞，MicroTau 已与达美航空合作，以获得美国联邦航空管理局 (FAA) 的认证。

去年12月，MicroTau公司在五角大楼国防创新部门的资助下，在美国空军洛克希德·马丁公司的C-130J运输机上进行了其方案的飞行测试。2021年，在Zivko Edge 540特技飞机机翼上应用肋状薄膜的首次试验表明，该方案可提高速度，相当于在整个飞行过程中阻力减少1-2%。MicroTau公司计划将商用飞机的燃油消耗降低高达4%。

Bilinsky 表示，MicroTau 的制造工艺可以制造更复杂的沟槽图案。该公司可以生产横截面连续变化的 3D 沟槽，或在单个薄膜基材上打印多个并发沟槽几何形状，使其能够顺应局部气流流线。