Исследование Кожи Акулы Открывает Новые Возможности для Улучшения Эффективности Самолетов и Судов

Исследователи из Токийского технологического института раскрыли подробности о том, как большие белые акулы снижают сопротивление, что может привести к прогрессу в дизайне самолетов и лодок. Их исследование исследует, как уникальные структуры кожи акулы — известные как дермальные дентикулы — играют ключевую роль в минимизации трения, когда акула плавает с различной скоростью.

Кожа большой белой акулы покрыта мелкими зубчатыми структурами, которые помогают ей эффективно передвигаться по воде. Эти дентикулы различаются по форме, размеру и расстоянию между ними, позволяя акуле поддерживать высокую скорость при охоте и преодолевать длинные расстояния с минимальными затратами энергии.

Предыдущие исследования использовали зубцы акул в качестве вдохновения для разработки ребер — маленьких, однонаправленных гребеней — для самолетов и парусных лодок. Однако Tokio Tech News сообщает, что различия в форме, размере и расположении зубцов на теле акулы усложняют понимание. Это разнообразие делает сложным полное осознание того, как эти факторы совместно влияют на снижение сопротивления воздуху.

В новом исследовании подчеркивается, как различные высоты гребней на этих зубцах способствуют снижению сопротивления воздуха. Высокие средние гребни особенно эффективны при медленной скорости, способствуя эффективному движению, в то время как более низкие боковые гребни становятся более важными во время всплесков охоты на высокой скорости.

Разрабатывая 3D модели этих зубцов, команда Tokyo Tech смогла проанализировать, как высота и расстояние между ребрами влияют на снижение сопротивления. Их результаты предполагают, что комбинация высоких и низких ребер позволяет акуле эффективно обрабатывать широкий диапазон скоростей плавания.

Старший преподаватель Хирото Танака, ведущий автор исследования, объясняет: «Наши расчеты предполагают, что комбинация высоких и низких ребер зубцов является результатом адаптации к медленным и высоким скоростям плавания, обеспечивая устойчивость к различным условиям плавания»

Исследователи использовали микрофокусный сканер X-лучей. С помощью этого сканера они создали детализированные 3D модели зубцов. Затем они проанализировали эти модели, чтобы понять, как дизайн зубцов влияет на снижение сопротивления воздуху. Исследование базируется на ранее проведенных исследованиях в области гидродинамики. В ходе этих исследований было обнаружено, что гребни зубцов помогают отводить турбулентные вихри от кожи акулы. В результате снижается трение, создаваемое воздушным сопротивлением.

Также Танака отмечает: «Высокие гребни, вероятно, снижают сопротивление при низкой скорости плавания, а чередующиеся высокие и низкие гребни снижают сопротивление при высокой скорости плавания, охватывая полный диапазон скоростей плавания. Наш метод расчета также может быть применен к другим видам акул, включая вымершие виды.»

Это исследование не только подчеркивает эффективность современных акул, но и открывает возможности для инноваций в области инженерии. Имитируя структуры зубчиков, найденных у акул, инженеры могут разрабатывать ребра для самолетов и лодок, которые снижают сопротивление и повышают производительность, точно так же, как акулы достигают оптимальной эффективности плавания.