science >> Wetenschap >  >> Fysica

Aerodynamica onthullen verband tussen vissenschubben en luchtweerstand

Krediet:City University London

De bevindingen van het team zijn gepubliceerd in Natuur:wetenschappelijke rapporten :"Overgangsvertraging met behulp van biomimetische schaalarrays van vissen, " en in de Tijdschrift voor Experimentele Biologie :"Streepvorming in stroming over biomimetische schaalarrays van vissen."

Het verminderen van luchtweerstand betekent hogere vliegtuigsnelheden en minder brandstofverbruik - een belangrijk studiegebied voor aerodynamici zoals professor Bruecker, City's Royal Academy of Engineering Research Chair in Nature-Inspired Sensing and Flow Control for Sustainable Transport, en City's Sir Richard Oliver BAE Systems Chair voor Luchtvaarttechniek.

Door hun biomimetische studie, Het team van professor Bruecker heeft ontdekt dat de schaal van vissen een zigzagbeweging van vloeistof produceert in overlappende delen van het oppervlak van de vis, wat op zijn beurt periodieke snelheidsmodulatie en een streperige stroming veroorzaakt die de door Tollmien-Schlichting veroorzaakte golfovergang kan elimineren om de wrijvingsweerstand van de huid met meer dan 25 procent te verminderen.

Een onderzoek van oliestroomvisualisatie met behulp van computationele vloeistofdynamica (CFD) op zeebaars en gewone karper stelde de auteurs in staat om met een werkhypothese te komen:

"Computation Fluid Dynamics (CFD) werd gebruikt om het stromingspatroon over het oppervlak te bestuderen en onthulde een tot nu toe onbekend effect van de schalen als een mechanisme om een ​​regelmatig patroon van parallelle stroomgewijze snelheidsstrepen in de grenslaag te genereren. Om hun bestaan ​​ook op de echte vissenhuid, oliestroomvisualisatie werd gedaan op zeebaars en karper, die inderdaad hun aanwezigheid op een regelmatige manier langs hun echte lichaam bevestigden, met dezelfde opstelling ten opzichte van de schaalreeks zoals waargenomen langs het biomimetische oppervlak. Met deze resultaten kunnen de auteurs een hypothese opstellen over een mogelijk mechanisme voor overgangsvertraging, geïnspireerd door verschillende eerdere fundamentele transitiestudies, waar gestreepte structuren gegenereerd door cilindrische ruwheidselementen of vortexgeneratorarrays een vertraging van de overgang hebben laten zien."

Vissenschubben, aërodynamica. Krediet:Stad, Universiteit van Londen

Met behulp van de speciaal uitgeruste laminaire watertunnel aan de universiteit van Stuttgart in Duitsland, Professor Bruecker en professor Rist (Universiteit van Stuttgart) hebben de hypothese van een overgangsvertraging (sleepvertraging) getest door te experimenteren met een gladde vlakke plaat en een vlakke plaat bedekt met biomimetische visschub-arrays.

Hun verrassende onderzoeksresultaat druist in tegen de algemene overtuiging dat ruwheid de bypass-overgang bevordert. In plaats daarvan, de schalen verhogen grotendeels de stabiliteit van de basisstroom, vergelijkbaar met een reeks vortexgeneratoren.

Een technische realisatie van dergelijke patronen op aerodynamische oppervlakken zal de weg vrijmaken voor een drastische vermindering van het brandstofverbruik en toekomstige emissievrije vluchten.