Как акулы помогли создать новый вихревой генератор

Как акулы помогли создать новый вихревой генератор

Создание улучшенной аэродинамики технических средств передвижения – этой мечтой конструкторы черпают вдохновение из разных источников. Одним из таких источников выбран океан. Этот выбор сделали инженеры-биологи Гарвардского университета в кооперации с учёными Университета Южной Каролины. Сформированная группа исследователей решила пролить свет на десятилетнюю загадку о шкуре. Похоже, у них получилось. Инженеры-биологи представили новую, биоструктуру, которая, по их словам, способна кардинально улучшить аэродинамику. Поэтому грядёт эпоха нового производства самолётов, ветряных турбин, автомобилей и даже дронов.

Какая разница между самолётом и акулой?

Акулы – хорошо известные представители океана, и самолёты – популярное средство передвижения, на деле не имеют особой разницы. Оба объекта способны перемещаться в жидкостной и воздушной среде.

При этом оба объекта стремятся эффективно использовать форму тел (корпусов) в процессе движения с целью уменьшения сопротивления. Разница между ними заключается только в одном. Проектирование акул началось примерно 400 миллионов лет назад.

Кожа акул покрыта многими тысячами мелких чешуек и зубчиков. Эти чешуйки и зубчики различаются по форме и размеру. Учёные знают много о структуре этих зубчиков и чешуек, очень похожих на человеческие зубы. Существует мнение, что именно за счёт свойств зубчиков, акулы регулируют свойства аэродинамики.

Чтобы обосновать выдвинутую теорию, исследователи решили изучить вид Мако, одну из быстроходных акул мирового океана. На зубцах Мако имеются три поднятых хребта, подобно форме трезубца.

Используя микро компьютерную томографию, учёным удалось смоделировать зубцы акулы в трех измерениях. Затем прототипы напечатали с помощью технологии 3D печати непосредственно на площади крыла, имеющего изогнутую аэродинамическую форму поперечного сечения.

Основным компонентом любых воздушных судов выступают аэродинамические профили. Исследователи решили протестировать искусственно созданные акульи аэродинамические профили на их влияния при подъёме и передвижении.

Внутри резервуара с потоками воды были протестированы два десятка различных конфигураций. Менялись размеры зубцов аэродинамических профилей, линии и позиции рядов.

Тестеры обнаружили: дополнительно к уменьшению сопротивления в движении, структура формы зубцов значительно увеличивает подъём, действуя как мощные низкопрофильные вихревые генераторы.

Вихревые генераторы акулы на замену традиционным моделям

Автомобили и самолеты оснащены небольшими подобными устройствами пассивного действия, предназначенными для регуляции воздушным потоком непосредственно над поверхностью объекта в движении.

Именно за счёт таких вихревых генераторов достигается нужная аэродинамика техники. Большинство конструкций современных вихревых генераторов имеют простую лопаточную конструкцию.

Между тем вихревые генераторы, создаваемые акулами, показывают эффективность аэродинамического действия на уровне до 325% по сравнению с аналогичным профилем, лишённым вихревых генераторов.

Эти научные доказательства существования концептуальных акульих конструкций демонстрируют, насколько биоинспирированные вихревые генераторы способны превосходить существующие традиционные конструкции.


По материалам: MDPI


Добавить комментарий

Внимание: Спам не пройдёт. Работает фильтрация комментариев. *