Микрошероховатость опровергает 80-летний принцип аэродинамики
AI Изображение создано с помощью ИИ и носит иллюстративный характер
Исследователи из Университета Тохоку применили нерегулярную микротекстуру поверхности — Distributed Micro-Roughness (DMR) — и добились снижения аэродинамического сопротивления на 43,6%. Это первое экспериментальное подтверждение эффекта, который опровергает фундаментальный принцип гидродинамики, действовавший более 80 лет: гладкие поверхности не всегда дают меньшее сопротивление. Об этом сообщает портал Phys.org.
Ключевую роль сыграла 1-метровая магнитная подвесная балансировочная система (MSBS) — одна из крупнейших в мире. Она удерживает модель в воздухе с помощью электромагнитного поля, исключая помехи от опор, которые маскируют малые изменения сопротивления. Это позволило провести измерения в условиях, близких к свободному полёту, что невозможно в традиционной аэродинамической трубе.
Помимо эксперимента, команда использовала компьютерное моделирование (LES) для визуализации воздушных потоков. Расчёты показали, что снижение сопротивления вызвано подавлением вязкого трения — механизм, принципиально отличающийся от эффекта ямочек на мячах для гольфа, которые уменьшают сопротивление за счёт отрыва потока.
Высота микронеровностей DMR в вязких единицах составила k⁺ ≈ 1,2–1,7, что значительно ниже гидравлически гладкого порога (k⁺ < 5). То есть поверхность, которую гидродинамики классифицируют как гладкую, дала 43,6% снижения сопротивления. Эффект сохранялся вплоть до максимального числа Рейнольдса Re = 3,6×10⁶, что указывает на возможность применения в турбулентных потоках.
«Когда воздух обтекает крыло самолёта, он движется ламинарно, а затем переходит в турбулентный поток, — объясняет доцент Айко Якено из Института гидродинамики Университета Тохоку. — Уменьшая хаотическую турбулентную энергию, мы снижаем сопротивление трения». Технология не требует подвижных частей или дополнительной энергии — простое нанесение микротекстуры может стать практичным способом повышения топливной эффективности транспорта.
Сейчас группа работает над детальным механизмом снижения сопротивления в сотрудничестве с профессором Джонатаном Моррисоном из Имперского колледжа Лондона. Результаты опубликованы в Journal of Fluid Mechanics.
