Технології
Технології

Луска риб підказала вченим спосіб зменшити лобовий опір літаків

Рух рідини вздовж луски. / Journal of Experimental Biology, 2020

Рух рідини вздовж луски. / Journal of Experimental Biology, 2020

Цифрова мікроскопія луски морського окуня та коропа вказала європейським дослідникам, як можна зменшити аеродинамічний спротив літаків. Якщо їм вдасться використати особливості принципів будови риб’ячої луски, то лобовий опір сучасних літальних апаратів може зменшитися на 25 відсотків. Дослідження вчених опубліковані в статті журналу Scientific Reports і статті журналу Journal of Experimental Biology.

Як луска допоможе вченим?

У своїй роботі європейські вчені досліджували вплив особливостей будови луски риб на ламінарно-турбулентний перехід в прикордонному шарі середовища, тобто коли паралельний течії рух зі збільшенням швидкості переходить у невпорядкований. Вони припустили, що луска може затримувати цей перехід, а отже і зменшувати властивий йому опір.

Масштабована матриця луски являє собою регулярні ряди поздовжніх низькошвидкісних і високошвидкісних смуг, які чергуються поблизу поверхні з максимальною різницею швидкостей приблизно 9 відсотків. Смуги з низькою швидкістю, де потоки води проходять повільніше, утворюються в центральній області лусочок, в той час, як смуги з високою швидкістю виникають в області перекриття лусочок. Таким чином, характер потоку течії пов'язаний з розташуванням і розміром окремих лусочок у риб, особливості якого можна буде застосувати під час розробки літальних апаратів, які подорожують швидше, споживаючи менше палива, оскільки не витрачають його на подолання лобового опору.

Як вони це з’ясували?

Для свого дослідження вчені вивчали луску європейського морського окуня Dicentrarchus labrax та морського коропа Cyprinus carpio під цифровими мікроскопами. Отримані дані про геометрію лусочок вчені реконструювали за допомогою комп’ютерного моделювання, а потім перевірили на практиці. Пластину з нанесеними на неї лусочками, помістили в умови, подібні течії нафти, та спостерігали за взаємодією будови пластини та середовища.

Проте, важливо зазначити, що практичні випробування проводилися на плоскій пластині без урахування градієнта тиску, який неминучий для риби в воді. Гнучкість луски та хвилеподібний рух риби також не розглядали через неможливість точно прослідкувати та передбачити ці процеси. Хоча вчені наголошують, що ці параметри також грають роль під час руху риб.

Чому звернули увагу саме на луску риб?

Водні тварини розробили ефективні стратегії, що дозволяють зменшити опір тіла протягом тривалого періоду часу. Автори нового дослідження надихнулись тим, як луска допомагає рибам плавно переміщатися по воді - вони покладаються на масиви крихітних лусочок, які мінімізують опір при плаванні. Вчені розраховували, що вивчаючи топологію луски європейського морського окуня і коропа, вони розкриють щось корисне і для аеродинаміки.

  • Загалом, дослідники досить часто звертаються до тваринного світу в своїх зусиллях поліпшити доступні нам технології. Так, ми вже писали, як вчені імітували слиз від риб та водоростей, щоб зменшити опір кораблів під час руху у воді та дозволить заощадити енергію, необхідну для їхнього пересування.