За изграждането на по-усъвършенствани аеродинамични машини изследователи намериха вдъхновение от един малко вероятен източник - обитателите на океана, разказва сайтът на Харвардския университет.

Екип от еволюционни биолози и инженери в Харвардския университет в сътрудничество с колеги от Университета на Южна Каролина, насочи вниманието си върху кожата на акулите и по този начин демонстрира нова, вдъхновена от природата конструкция, която може да подобри аеродинамиката на крилата при производство на самолети, вятърни турбини, дронове и автомобили.

Изследването е публикувано в списание Journal of the Royal Society Interface.

Акулите и самолетите всъщност не са толкова различни. И двете са предназначени за ефективно придвижване през флуиди (вода и въздух), като използват формите на техните тела за генериране на аеродинамична сила и намаляване на триенето.

Разликата е, че акулите имат около 400 милиона години по-ранен старт в процеса на проектиране.

"Кожата на акулите е покрита с хиляди, десетки хиляди малки неравности, които ако се вгледаме по-внимателно, приличат на зъбчета, които варират по форма и размер", разказва Джордж Лоудър (George Lauder, ), професор по ихтиология в Катедрата по органична и еволюционна биология, съавтор на изследването. "Знаем много за структурата на тези зъбчета - които са много подобни на човешките зъби - но функцията им бе неясна".

Повечето изследвания предполагат, че целта на зъбчетата е да намаляват триенето, но Лоудър и неговият екип решават да проверят дали имат и други функции.

"Запитахме се, какво ще стане, ако вместо да намаляват триенето, тези форми всъщност са по-подходящи за увеличаване на подемната сила", обяснява Мехди Саадат (Mehdi Saadat), следдипломен сътрудник в Харвард и съавтор на изследването от Машиностроителния факултет в Университета в Южна Каролина.

За вдъхновение в изследванията си учените се обърнаха към акулата Мако (Isurus oxyrinchus), най-бързата акула в света. 

Зъбчетата на акулата Мако имат три повдигнати хребета като тризъбец. Използвайки микрокомпютърна томография (micro-CT) екипът изобразява и моделира зъбчетата в 3D. След това с 3D принтер отпечатват формите на повърхността на извито крило на аеродинамично напречно сечение и проверяват аеродинамиката на крилото и подемната му сила.

"Аеродинамичното крило е основен компонент на всички въздушни апарати", отбелязва Огъст Домел (August Domel), доктор по Физика в Харвард и съавтор на статията. "Искахме да тестваме тези конструкции на въздействието на флуидните потоци, като начин за измерване на ефекта им върху подемната сила и триенето за приложения в проектирането на различни въздушни устройства като дронове, самолети и вятърни турбини".

Изследователите изследват 20 различни конфигурации на зъбчетата с различни размери, редове и позиции на редовете във воден резервоар. Те установяват, че освен че намаляват триенето, зъбчетата значително увеличават подемната сила, действайки като високопроизводителни нископрофилни вихрови генератори.

^{Shark skin-inspired designs that improve aerodynamic performance}

Дори да не знаете какво е вихров генератор, виждали сте поне един в действие.

Автомобилите и самолетите са оборудвани с тези малки пасивни устройства, които променят въздушния поток върху повърхността на крилата, за да стане по-аеродинамичен. Повечето вихрови генератори днес имат прост дизайн, наподобяващ нож.

"Тези вихрови генератори, вдъхновени от кожата на акула Мако, постигат подобрение на съотношението на подемна сила/ триене до 323%, в сравнение с въздушния поток без вихрови генератори", подчертава Домел. "С този проект доказахме концепцията и демонстрирахме, че тези вдъхновени от природата вихрови генератори имат потенциала да надминат традиционните конструкции".

^{Профилът на крилото на Жуковски изисква идеално гладка повърхност. Б.а.}

^{Двумерен профил на зъбчетата. Shark skin-inspired designs that improve aerodynamic performance}

Може да се промени и ъгъла на срив.

Службата за технологично развитие на Харвард защити интелектуалната собственост, свързана с този проект, и проучва възможностите за търговско приложение.

Това откритие може да промени цялата аеродинамика и би се отразило в много области - например на колите от Формула 1. Но икономическите ефекти най-вече за авиацията и самолетите ще огромни. Увеличаването на съотношението на подемна сила към триене до 323%, ще се отрази в значителни икономии в гориво и намаляването на вредните емисии от двигателите на самолетите.