Физики из Гарварда хотят улучшить самолеты с помощью искусственной акульей чешуи

08 февраля 2018 | 07:40

Американские ученые под руководством Джорджа Лаудера из Гарвардского университета предложили улучшить аэродинамические характеристики крыла самолета, покрыв его поверхность небольшими чешуйками, по форме повторяющими геометрию чешуи акулы.

Об этом сообщает N+1.

Изменение геометрии крыла самолета — один из способов улучшить его аэродинамические характеристики; в частности, это позволяет уменьшить силу сопротивления воздуха и увеличить подъемную силу.

К нужному эффекту может привести как использование дополнительных элементов, так и модификация геометрии поверхности крыла.

Такие изменения не требуют дополнительных источников энергии и улучшают аэродинамику крыла только за счет взаимодействия потока воздуха с поверхностью крыла.

Как правило, такие аэродинамические элементы основаны на изменении направления воздушных потоков и формировании в них небольших вихрей.

Проанализировав фотографии чешуек, ученые построили трехмерную модель и напечатали искусственные элементы аналогичной формы из фотополимера на 3d-принтере.

Слева — микрофотография кожи акулы. Длина масштабной линейки — 200 микрометров. Справа — трехмерная модель одной чешуйки, которую авторы использовали в данной работе
Слева — микрофотография кожи акулы. Длина масштабной линейки — 200 микрометров. Справа — трехмерная модель одной чешуйки, которую авторы использовали в данной работе

Такими искусственными чешуйками авторы работы покрыли модель крыла самолета, выстроив их в один или четыре ряда вдоль крыла.

Оказалось, что использование чешуек действительно приводит к одновременному снижению аэродинамического сопротивления и увеличению подъемной силы.

Такое поведение ученые объясняют механизмом, который включает в себя два процесса. Во-первых, происходит разделение объемов воздуха в области за каждой чешуйкой, что приводит к образованию неоднородного распределения давлений и увеличению эффективности засасывания воздуха.

Во-вторых, в направлении потока формируются вихри, которые компенсируют потерю импульса из-за трения воздуха о поверхность крыла.

Результаты экспериментального определения линий воздушного потока для плоской поверхности крыла при двух углах атаки: 0 градусов (сверху) и 4 градуса (снизу)
Результаты экспериментального определения линий воздушного потока для плоской поверхности крыла при двух углах атаки: 0 градусов (сверху) и 4 градуса (снизу)

Также вместо отдельных чешуек ученые предложили использовать один общий протяженный элемент, который приводит не к формированию отдельных небольших вихрей после чешуек, а одного большого вихря.

Помимо использования чешуек специальной формы, у акул существует множество других механизмов для улучшения своих гидродинамических характеристик.

В частности, чтобы ускорить свое движение и не тратить на это много сил, некоторые акулы плавают на боку, а другие при этом еще и быстро качают головой.

Стоит отметить, что не в первый раз особенности строения тела акулы ученые используют для разработки элементов, позволяющих снижать сопротивление, правда, до этого их всегда использовали для оптимизации движения в воде.

Ранее физики заявили об открытии нового состояния вещества.

Загрузка...
Погода
Погода в Киеве

влажность:

давление:

ветер: