Američtí fyzici vyrobili modelové nosné plochy, které imitují žraločí kůži a dokáží redukovat odpor a výrazně zlepšovat vztlak.
Žraločí kůži pokrývají drobné špičaté šupiny připomínající malé zuby. Vědci už dříve zjistili, že tzv. denticles pomáhají žralokovi v pohybu tak, že vytvářejí víry, které redukují odpor. Podle nového výzkumu, který provedli fyzici z amerického Harvardu, však tyto výrůstky zároveň zvyšují i poměr vztlaku k odporu nosné plochy. V budoucnu by se žraločí kůží mohli inspirovat například konstruktéři letadel, dronů nebo větrných turbín.
Američtí fyzici zkoumali kůži žraloka mako (Isurus oxyrinchus), který se řadí k nejrychlejším mořským živočichům. Tento žralok obvykle měří od 1,8 do 3,2 metrů a může vážit až 400 kilogramů. K rychlému pohybu ve vodě jej předurčuje celková hydrodynamická stavba těla. Nejvyšší rychlost byla u něj zaznamenána 74 km/hod, teoreticky však dokáže plavat až 100km rychlostí.
Jeho kůži podrobili fyzici počítačové mikrotomografii a posléze ve 3D tiskárně vytiskli 20 nosných ploch, jejichž horní hranu pokrývala imitace zubatých šupin. Modelové šupiny měly zakřivený profil od čela po zadní část a byly uspořádány do tří hřbetů – centrální hřbet a dva spodní profily jako kratší vnější hřbety, které se na čele poněkud zatáčely dovnitř. Pro různé nosné plochy měly šupiny stejný tvar, lišily se uspořádáním do jedné nebo více řad, polohou, velikostí a úhlem sklonu.
Když fyzici modelové nosné plochy otestovali v nádrži s tekoucí vodou, zjistili, že většina z nich se chová tak, jako by tam žádné zubaté šupiny nebyly. Pár z nich je však přeci jen překvapilo, vykazovaly totiž podstatně zvýšený výkon. Ty nejvýkonnější obsahovaly jednu řadu zhruba dva milimetry širokých zubatých šupin, které byly od sebe vzdálené asi jeden milimetr a byly umístěné ve čtvrtině délky nosné plochy od čela.
U nejlépe zvoleného modelu se při téměř všech úhlech dopadu podstatně zvýšil vztlak a snížil se odpor ve srovnání s případem, kdy zubaté šupiny přítomny nebyly. Nosná plocha se šupinami generovala vztlak dokonce i při nulovém úhlu dopadu. Kontrolní model bez šupin přitom negeneroval nic.
Vědci zjistili, že nosná plocha se zubatými šupinami zvyšuje poměr vztlaku k odporu až na 323 % v porovnání s plochou kontrolní. Toto překvapivé chování podle vědců způsobují dva hlavní mechanismy. Šupiny vytvářejí bublinky, které jsou blízko sebe a mají za následek dodatečné přisávání k nosné ploše, čímž zvyšují vztlak. Zakřivení šupin zase vytváří víry, které snižují odpor a zamezují ztrátám vztlaku při vyšších úhlech dopadu.
Kůže při zvýšení vztlaku pravděpodobně zvyšuje tah, a tak zvyšuje rychlost, kterou žralok sám vytváří. Tento mechanismus by mohl mít široké praktické uplatnění. Zvýšení vztlaku a snížení odporu nosné plochy by omezilo spotřebu energie v zařízeních, které se skládají z nosných ploch, jako jsou například drony, letadla nebo větrné turbíny.
Celý výzkum je popsán v Journal of the Royal Society Interface.
Mohlo by vás zajímat:
Vodíkový
plyn byl v raném vesmíru chladnější, než se předpokládalo. Podle vědců
za to může temná hmota
Úroda
pistácií podle Isingova modelu
Neutronová
anomálie může objasnit existenci temné hmoty
Britové
na cestě za potvrzením kvantové povahy gravitace