В небе за самолетами часто остается характерный облачный след. Но проблема не только в эстетике — за ним стоит турбулентность, которая буквально тормозит машину в воздухе. Инженеры из США предложили бороться с этим не за счет формы крыла, а за счет того, что скрыто под обшивкой.
Ученые предлагают использовать синтетические материалы, которые создают микроскопические колебания. Эти вибрации гасят хаотичные завихрения воздуха прямо у поверхности, еще до того, как те успевают зацепиться за крыло. На крейсерской скорости, около 1000 км/ч, воздух ведет себя как плотная среда. Пограничный слой становится источником трения, которое, по сути, работает как якорь: двигателям приходится тратить больше топлива, чтобы его преодолеть.
Авторы работы подчеркивают: десятилетиями считалось, что единственный способ снизить сопротивление — менять силуэт самолета. Теперь они предлагают другой путь — управлять сопротивлением с помощью материалов, которые динамически реагируют на поток.
В основе технологии лежат фононы — колебания на субатомном уровне, которые возникают внутри структуры материала. Один из авторов, Махмуд Хусейн, начал разрабатывать эту концепцию еще десять лет назад. Его группа создала так называемые фононные подповерхности — тонкие слои, которые улавливают энергию набегающего воздуха и в ответ почти незаметно деформируются, отправляя на поверхность противофазные вибрации. Это сглаживает поток без подвижных частей и внешних источников энергии.
Ранние образцы умели работать только с одной фиксированной частотой, а в реальном полете турбулентность — это хаос. В новых статьях команда решила эту проблему сразу с двух сторон. Во-первых, они применили суперрезонанс — структуры внутри материала свернули так, чтобы они захватывали вибрации в широком диапазоне частот. Во-вторых, добавили эффект, который называют бесрассеивающей интерференцией — это позволяет подавлять нестабильность на больших поверхностях, вроде крыла или фюзеляжа.
Пока что все это существует только в компьютерных моделях, но авторы говорят, что прототипы уже созданы, и следующие шаги — испытания в аэродинамических трубах. А если технология себя подтвердит, она может пригодиться не только авиации, но и судостроению, трубопроводам и турбомашинам — везде, где есть потоки жидкости или газа и где трение обходится дорого.
Читайте также:
В МАИ создают механизм для улучшения аэродинамики крыла на основе гибридного композита
Британский инженер испытал радиоуправляемый самолет с круглым крылом
Искусственный интеллект ускоряет разработку эффективных и экологичных самолетов