Используя акулу измеряет, чтобы проектировать лучшие беспилотники, самолеты и ветряные двигатели: биовдохновленные генераторы вихря увеличивают лифт крыла, сопротивление уменьшения

Команда эволюционных биологов и инженеров в Гарвардском университете, в сотрудничестве с коллегами из Университета Южной Каролины, пролила свет на старую десятилетиями тайну о шагрени и, в процессе, продемонстрировала новую, биовдохновленную структуру, которая могла улучшить аэродинамические эксплутационные качества самолетов, ветряных двигателей, беспилотников и автомобилей.Исследование издано в Журнале Интерфейса Королевского общества.Акулы и самолеты не на самом деле все что отличающийся. Оба разработаны, чтобы эффективно переместиться через жидкость (вода и воздух), используя форму их тел, чтобы произвести сопротивление подъема и уменьшения.

Различие, акулы имеют о преимуществе 400 миллионов лет на процессе проектирования.«Кожа акул покрыта тысячами и тысячами мелких масштабов или зубчиков, которые варьируются по форме и размеру вокруг тела», сказал Джордж Лаудер, профессор Генри Брайанта Бигелоу Ихтиологии и профессор Биологии в Отделе Organismic и Evolutionary Biology и соавтора исследования. «Мы знаем много о структуре этих зубчиков – которые очень похожи на человеческие зубы – но функция была обсуждена».Большая часть исследования сосредоточилась на свойствах сокращения сопротивления зубчиков, но Лаудер и его команда задались вопросом, было ли больше к истории.«Мы спросили, что, если вместо главного уменьшения лобовое сопротивление, эти конкретные формы на самом деле лучше подошли для увеличения лифта», сказал Мехди Саадат, постдокторант в Гарварде и co-first автор исследования.

Саадат держит совместное назначение в Машиностроении в Университете Южной Каролины.Чтобы помочь проверить ту гипотезу, исследователи сотрудничали с командой инженеров из Школы Джона А. Полсона Гарварда Технических и прикладных наук (МОРЯ). Для вдохновения они обратились к shortfin mako, самой быстрой акуле в мире.

У зубчиков mako есть три поднятых горных хребта, как трайдент. Используя просмотр micro-CT, команда, изображенная и смоделированная зубчики в трех измерениях. Затем, они 3D напечатали формы на поверхности крыла с кривым аэродинамическим поперечным сечением, известным как крыло.

«Крылья – основной компонент всех воздушных устройств», сказал Огаст Домель, аспирант в Гарварде и co-first автор статьи. «Мы хотели проверить эти структуры на крыльях как способ измерить их эффект на лифт и тянуться для применений в дизайне различных воздушных устройств, таких как беспилотники, самолеты и ветряные двигатели».Исследователи проверили 20 различных конфигураций размеров зубчика, рядов и позиций ряда по крыльям в баке потока воды. Они нашли, что в дополнение к уменьшению лобовое сопротивление, структуры, имеющие форму зубчика значительно увеличили лифт, действуя как мощные, сдержанные генераторы вихря.

Даже если Вы не знаете, каков генератор вихря, Вы видели один в действии. Автомобили и самолеты оборудованы этими маленькими, пассивными элементами, разработанными, чтобы изменить воздушный поток по поверхности движущегося объекта сделать его более аэродинамическим. У большинства генераторов вихря в области сегодня есть простой, подобный лезвию дизайн.«Эти вдохновленные акулой генераторы вихря достигают улучшений отношения лифта к сопротивлению до 323 процентов по сравнению с крылом без генераторов вихря», сказал Домель. «С ними проверяют проектов понятия, мы продемонстрировали, что у этих биовдохновленных генераторов вихря есть потенциал, чтобы выиграть у традиционных проектов».

«Вы можете предположить, что эти генераторы вихря, используемые на ветряных двигателях или беспилотниках, увеличивают эффективность лезвий», сказали Катя Бертолди, Уильям и профессор Эми Куэн Данофф Прикладной Механики в МОРЯХ и соавторе исследования. «Результаты открывают новые пути для улучшенного, биовдохновили аэродинамические проекты».«Это исследование не только обрисовывает в общих чертах новую форму для генераторов вихря, но также и обеспечивает понимание роли сложных и потенциально многофункциональных зубчиков акулы», сказал Лаудер.


FBCONSTANTA.RU