Как «акулья кожа» помогает уменьшить расход топлива у самолетов

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com
| Статья | Авто и транспорт

Взгляните на любую подводную лодку: совершенно очевидно, что по очертаниям она напоминает акулу. Так сделано не зря: матушка-природа подсказывает человеку, как построить плавсредство, чтобы оно имело минимальную сопротивляемость водному потоку. И это не единственный случай, когда современные технологии создаются на основе естественных явлений, «конструкций». Еще один пример — клюв зимородка, который помогает ему входить в воду при рыбной ловле без брызг. Это действо вдохновило конструктора скоростных поездов и в итоге на свет появился Shinkansen. Состав имеет уникальную обтекаемость, позволяющую ему набирать скорость свыше 300 км/ч.

Но вернемся к акулам: у них есть еще одна особенность, хорошо известная человеку. Это кожа, по ощущениям напоминающая наждачную бумагу. Кстати, данное свойство применили прямо «по назначению»: кожу используют в качестве покрытия разделочной кухонной доски, чтобы измельчать продукты.

Как устроена акулья кожа и при чем тут самолет

«Эпидермис» представляет собой пластины в виде ромбиков, заканчивающихся шипом, который торчит снаружи. По своей структуре он больше похож на приплюснутый зуб в виде коронки, чем на чешую. «Работает» она также, как у кошки шерсть. Если провести от хвоста к голове, покажется шершавой, наоборот — гладкой. Минеральная часть акульих чешуек — дентин, по компонентам близкий к кости. А состоит он из апатита, заключенного в коллаген. Вот такой очень прочный слоеный «пирог».

Автор: Альберт кок Источник: commons.wikimedia.org

Однако, он не только защищает рыбину от внешних повреждений, а также паразитов. Кожа характеризуется особым расположением коронок-зубчиков, гарантирующих акуле минимальное сопротивление при движении в водной толще. Микроскопические впадинки и выступы серьезно снижают турбулентность: потоки не завихряются. В отличие, например, от костистых рыб, акула, когда плывет, не создает звуковых волн и движется практически беззвучно, что помогает внезапно нападать на добычу. Ученые подсчитали — структура чешуек снижает сопротивляемость водным потокам примерно на 8%.

Лабораторные исследования

Кому первому пришла в голову идея покрыть материалом, имитирующим акулью кожу, плоскости летательных аппаратов, не известно. Но вплотную этим сегодня занимается компания MicroTau. Сначала провели лабораторные испытания с моделью Airbus320. После того, как 70% его поверхности было покрыто инновационным материалом, сопротивляемость воздушным потокам упала на 4%. Однако, специалисты посчитали, что в реальных условиях цифра будет меньше — свое влияние окажет влажность, маневрирование машины и т. п. Тем не менее, даже 2-3% тоже неплохой результат, если его умножить на количество потребляемого топлива и число самолетов в мире. Вредные выбросы в атмосферу снизятся.

Что в реальности

Одни из первых новое покрытие испытали военные: из 6 тестов провели уже 4 на транспортнике Lockheed Martin C-130J Super Hercules. После пробных полетов выводы — только положительные: применение материала увеличивает дальность и снижает расход горючего.

ХВ-1
Автор: Boomsupersonic Источник: boomsupersonic.com

На сверхзвуковых скоростях эффект еще круче: покрытие не только уменьшило сопротивление потоку, но и спокойно выдержало нагрузку и не разрушилось. В роли испытуемого — XВ-1 производства Boomsupersonic, развивший 1460 км/ч. Пленки, разработанные MicroTau, изготавливаются с помощью 3D-принтеров и воспроизводят структуру акульей кожи с погрешностью менее одного нанометра. Поэтому сформированный слой стойко выдерживает вибрации и разницу в давлении.

Проблемы и перспективы

Главную сложность представляет поддержание «чешуи» в чистоте: малейшие песчинки, пылинки, кусочки льда, насекомые резко снижают эффективность покрытия. Чтобы добиться заметного уменьшения сопротивляемости воздуху, нужно покрыть материалом от 30% поверхности летательного аппарата. Но тут возникает еще одна «закавыка»: изменения в конструкции воздушного судна возможны только после нескольких тысяч часов испытательных полетов. Этого требуют, например, американские FAA.

Установка покрытия на фюзеляж
Автор: MicroTau Источник: www.microtau.com.au

Однако, как утверждают в MicroTau, их изобретение не обязательно ограничивается самолетами. Датчане из компании Vestas провели ряд опытов с использованием покрытия на лопастях ветрогенератора. В итоге КПД вырос на 3%. А еще есть костюмы, хорошо известные спортсменам-пловцам, под названием Speedo Fastskin. Их характерная особенность заключается в имитации кожи акулы. Применение структуры на одеянии помогло установить сто восемь мировых рекордов. Сегодня специалисты подумывают о внедрении такого покрытия в автомобильную промышленность и даже архитектуру. Посмотрим!

Изображение в превью:
Автор: TSGT Ли Шадинг
Источник: commons.wikimedia.org
Другое
Автор не входит в состав редакции iXBT.com (подробнее »)

1 комментарий

b
Кто ты, чемпион мира по плаванию или человек в костюме?

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Обзор зарядного устройства Baseus Super GaN Desktop Charger 100W: GaN-транзисторы, 93% КПД и независимые порты

На рынке зарядных устройств Baseus давно зарекомендовал себя как производитель качественной и доступной продукции. Модель Super GaN Desktop Charger 100W — это настольное зарядное с...

Обзор смартфона POCO X8 Pro — что скрывается за заявленными характеристиками

POCO X8 Pro — современный смартфон среднего класса. В этой статье я расскажу, как прогнал его через синтетические тесты, проводил анализ поведения под длительной нагрузкой, оценивал...

История компании Sony: от радиоприемников до виртуальной реальности

Если посмотреть на историю Sony, можно заметить одну странную вещь. Эта компания постоянно оказывалась в нужном месте в нужное время. Но не потому что ей везло. А потому что она сама создавала эти...

Сколько на самом деле можно загружать белья в стиральную машину и чем грозит перегруз

Когда мы покупаем стиральную машину, первое, на что мы смотрим, помимо цены, — это цифра на наклейке. 5, 6, 7 или 8 килограммов. Кажется, что всё просто: купил машину на...

✦ ИИ  Как у динозавров появился встроенный в тело «кондиционер»?

Когда мы представляем динозавров, в воображении часто возникают гигантские существа, бродящие под палящим солнцем древней Земли. Но возникает логичный вопрос: как они вообще выживали в таком...

✦ ИИ  Почему не стоит оставлять зарядку в розетке, когда телефон уже не подключен

У меня есть несколько знакомых, которые принципиально не вытаскивают зарядки из розеток. Говорят: «Зачем мне каждый раз нагибаться, если я все равно через пару часов снова поставлю телефон». У...