Технические детали
На протяжении более 80 лет в авиационной инженерии считалось аксиомой: чем глаже поверхность самолёта или автомобиля, тем ниже сопротивление воздуха. Именно поэтому инженеры десятилетиями стремились создавать максимально отполированные корпуса, крылья и обшивки. Новое исследование показало, что этот фундаментальный принцип работает не всегда.
Результаты исследования
Команда под руководством доцента Айко Якино (Aiko Yakino) из Института гидродинамики Университета Тохоку (Япония) доказала, что специально созданная микроскопическая шероховатость поверхности может уменьшать аэродинамическое сопротивление до 43,6%. Ключевой эффект достигается благодаря тому, что микронеровности задерживают переход воздушного потока из ламинарного состояния в турбулентное.
Новая технология
Новая технология получила название Distributed Micro-Roughness (DMR) — «распределённая микрошероховатость». В отличие от известных «акульих» покрытий с направленными канавками, DMR использует хаотичные и случайные микронеровности, невидимые человеческому глазу.
Экспериментальная установка
Главным технологическим прорывом стала уникальная экспериментальная установка. Обычные аэродинамические трубы требуют крепления модели на стойках и проводах, которые сами искажают поток воздуха и мешают точно измерять столь малые эффекты. Японские инженеры решили проблему с помощью крупнейшей в мире магнитной системы подвеса 1m-MSBS.
Результаты экспериментов
Эксперименты показали, что критическое число Рейнольдса — момент начала перехода к турбулентности — сдвигается с 1,9×10^6 до 2,2×10^6. Иными словами, поток остаётся ламинарным значительно дольше.
Влияние на индустрию
Если технология будет масштабирована для авиации, то она потенциально позволит существенно снизить расход топлива, эксплуатационные расходы и выбросы углекислого газа. Сейчас команда Университета Тохоку работает над дальнейшей оптимизацией формы и плотности микрошероховатости, а также пытается расширить диапазон скоростей, на которых эффект остаётся максимальным.