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.
Още по темата
Космос
Илън Мъск представи мегаракета, която да пътува навсякъде по света до час на цената на самолетен билет (видео)
Земята
Защо внезапно възниква турбуленция, докато се возим със самолет (видео)
Технологии
Кръгли самолетни писти: изобретателят защитава предложението си (видео)
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
6010
2
14.07 2018 в 10:26
Ако корпусът се покрие с подобен слой - това е вече нещо съвсем различно. Корпусът не се нуждае от подемна сила, така че вече нямаме 300% подобрение, а колко са?
12335
1
14.02 2018 в 11:32
Последни коментари