Как «акулья кожа» помогает уменьшить расход топлива у самолетов

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com

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
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
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
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

Одна победа и четыре подиума: вспоминаем самые яркие моменты карьеры Эстебана Окона в Формуле-1

Эстебан Окон был досрочно уволен из американской команды «Хаас» и не имеет контракта на сезон 2027 года. Шансов найти место в Формуле-1 у французского гонщика немного, поэтому его карьера,...

Почему «Чёрную пятницу» назвали чёрной и при чём здесь полиция

В конце ноября магазины вывешивают объявления о «Чёрной пятнице» и обещают большие скидки. На распродажах предлагают телевизоры, одежду, мебель и почти всё остальное. Название у этого дня довольно...

Почему морозилку холодильника десятилетиями ставили сверху, а теперь опускают вниз

Многие помнят двухкамерный холодильник, у которого маленькая морозилка с шубой инея пряталась наверху за отдельной дверцей. У современных моделей морозильная камера снизу и состоит из выдвижных...

Зачем на монетах делают насечки? Как ребристый край защищал деньги от воров

Достаньте прямо сейчас из кармана или кошелька любую металлическую монету. Проведите ногтем по ее ребру. Чувствуете эти мелкие, ритмичные бороздки? Этот шершавый ободок в среде коллекционеров и...

Банкомат без банковской карты: как машина Barclays выдавала наличные в 1967 году

27 июня 1967 года перед отделением Barclays в лондонском Энфилде собралась толпа. В стене банка появилось устройство, похожее скорее на сейф с клавиатурой, чем на современный банкомат....