Για περισσότερες από οκτώ δεκαετίες, η βασική αρχή της δυναμικής των ρευστών υποστήριζε ότι οι πιο λείες επιφάνειες προκαλούν μικρότερη αεροδυναμική αντίσταση. Νέα έρευνα του Πανεπιστημίου Tohoku στην Ιαπωνία αμφισβητεί αυτή την αντίληψη, δείχνοντας ότι μια ακανόνιστη μικρο-τραχιά επιφάνεια μπορεί να μειώσει σημαντικά το drag.
Η ερευνητική ομάδα, με επικεφαλής την αναπληρώτρια καθηγήτρια Aiko Yakeno, χρησιμοποίησε Distributed Micro-Roughness (DMR), δηλαδή ακανόνιστες μικροκλίμακες τραχύτητας, σε ένα αεροδυναμικό μοντέλο.
Οι δοκιμές έδειξαν μείωση της αεροδυναμικής αντίστασης έως και 43,6%, σε μια πρώτη πειραματική επίδειξη αυτού του φαινομένου. Η τεχνολογία θα μπορούσε στο μέλλον να συμβάλει στη μείωση της κατανάλωσης καυσίμων και των εκπομπών CO₂ σε αεροσκάφη, αυτοκίνητα, πλοία και τρένα.
Πώς επιτεύχθηκε η μείωση της αντίστασης
Κλειδί στην έρευνα ήταν ένα σύστημα Magnetic Suspension and Balance System μήκους 1 μέτρου, το οποίο επέτρεψε στους ερευνητές να αιωρήσουν το αεροδυναμικό μοντέλο με ηλεκτρομαγνητικές δυνάμεις.
Με αυτόν τον τρόπο εξαλείφθηκαν οι παρεμβολές από στηρίγματα, οι οποίες θα μπορούσαν να καλύψουν τις μικρές αλλαγές στην αεροδυναμική αντίσταση.
Παράλληλα, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν προσομοιώσεις large-eddy simulation για να μελετήσουν τη ροή του αέρα και να εξηγήσουν τον μηχανισμό πίσω από τη μείωση του drag.
Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η μείωση οφείλεται στον περιορισμό της αντίστασης τριβής στην επιφάνεια, και όχι στον διαχωρισμό της ροής που παρατηρείται, για παράδειγμα, στα λακκάκια των μπαλών του γκολφ.
Μια επιφάνεια που θεωρείται «λεία»
Η ανάλυση έδειξε ότι το ύψος της μικροτραχύτητας βρισκόταν κάτω από το όριο που οι ειδικοί θεωρούν υδραυλικά «λεία» επιφάνεια.
Παρόλα αυτά, η συγκεκριμένη επιφάνεια πέτυχε μείωση της αντίστασης κατά 43,6%, αμφισβητώντας δεκαετίες σχεδιαστικών αρχών.
Το αποτέλεσμα παρέμεινε μέχρι τον υψηλότερο αριθμό Reynolds που εξετάστηκε, γεγονός που υποδεικνύει ότι η μείωση της αντίστασης μπορεί να επεκτείνεται και σε περιοχές τυρβώδους ροής.
Η ερευνητική ομάδα συνεχίζει να μελετά τον ακριβή μηχανισμό μείωσης της αντίστασης τριβής, σε συνεργασία με διεθνείς ερευνητές, με στόχο την ανάπτυξη πιο αποδοτικών οχημάτων χωρίς την ανάγκη πολύπλοκων μηχανικών συστημάτων ή πρόσθετης ενέργειας.
