جنرال لواء

يتطلع مهندسو هارفارد إلى Sharkskin لتعزيز الأداء الديناميكي الهوائي


ما الذي تحصل عليه عندما تجمع بين علماء الأحياء التطوريين ومهندسي الطيران؟ مفهوم مستوحى من أسماك القرش لكيفية صنع السيارات والطائرات بدون طيار وتوربينات الرياح بشكل أسرع وأكثر كفاءة.

تعاون باحثو هارفارد مع فريق من جامعة ساوث كارولينا لمعرفة بالضبط كيف يمكن لجلد سمك القرش الفريد أن يعزز أداء تكنولوجيا الطيران. وأوجه التشابه بين أسماك القرش والطائرات (على مستوى السطح على الأقل) موجودة ؛ كلاهما تطور بمرور الوقت للتحرك بكفاءة خلال السائل ، وشكل جسمهما يساعد في توليد قوة الرفع وتقليل السحب.

قال جورج لودر ، أستاذ علم الأسماك في هنري براينت بيجلو ، وأستاذ علم الأحياء في قسم علم الكائنات الحية وعلم الأحياء في قسم الكائنات الحية و علم الأحياء التطوري ، ومؤلف مشارك في البحث. "نحن نعرف الكثير عن بنية هذه الأسنان - التي تشبه إلى حد بعيد أسنان الإنسان - ولكن الوظيفة محل نقاش."

ومع ذلك ، فإن إحدى النظريات الرئيسية حول أسنان سمك القرش هي أنها نوع من التكيف للحد من السحب. اعتبر فريق هارفارد هذه النظرية ثم نظر إلى القوة المصاحبة - الرفع. ميدي سعدات هو زميل ما بعد الدكتوراه في جامعة هارفارد والمؤلف الأول المشارك للدراسة. لدى سعادات أيضًا موعدًا مشتركًا في الهندسة الميكانيكية في جامعة ساوث كارولينا. كان من أوائل الذين اقترحوا تفسيرًا غير متعلق بالسحب.

قال: "لقد سألنا ، ماذا لو كانت هذه الأشكال المعينة مناسبة بشكل أفضل لزيادة الرفع بدلاً من تقليل السحب بشكل أساسي".

من أجل اختبار النظرية ، بحث الباحثون عن أسرع سمكة قرش يمكنهم العثور عليها - ماكو. يمكن لماكو قصير الزعانف أن يتفوق على سرعات تتراوح ما بين 50 إلى 60 ميلاً في الساعة ، مما يكسبه اسم "شيطان السرعة". يحتوي ماكو على ثلاث نتوءات فريدة على أسنانه. قام الباحثون بتحليل تلك المقاييس الصغيرة من خلال التصوير المقطعي المحوسب. ثم قاموا بعمل عرض ثلاثي الأبعاد للنموذج وطبعوا الأسنان ثلاثية الأبعاد على جنيح (سطح جناح به مقطع عرضي ديناميكي هوائي منحني).

قال أوجست دوميل ، دكتوراه في الطب ، إن "الطائرات هي مكون أساسي لجميع الأجهزة الجوية". طالب في جامعة هارفارد والمؤلف الأول المشارك للورقة. "أردنا اختبار هذه الهياكل على الجنيحات كوسيلة لقياس تأثيرها على الرفع والسحب للتطبيقات في تصميم الأجهزة الجوية المختلفة مثل الطائرات بدون طيار والطائرات وتوربينات الرياح."

جرب الفريق أكثر من 20 نمطًا مختلفًا من الأسنان ، واكتشفوا في النهاية أنها زادت من قوة الرفع بينما تضاعف كمولدات دوامة منخفضة الطاقة وذات قدرة عالية.

مولدات الدوامة هي أجهزة سلبية تعمل على تغيير تدفق الهواء فوق سطح جسم متحرك مثل السيارة أو الطائرة لجعلها أكثر ديناميكية هوائية. تمكنت مولدات الدوامة المستوحاة من أسماك القرش من تحسين نسب الرفع إلى السحب بنسبة 323 بالمائة مقارنة بالجنيحات بدون المولدات.

قالت كاتيا بيرتولدي ، أستاذة الميكانيكا التطبيقية في SEAS وأمي كوان دانوف ، وأستاذ الميكانيكا التطبيقية في SEAS والمؤلف المشارك للدراسة: "يمكنك أن تتخيل استخدام مولدات الدوامات هذه في توربينات الرياح أو الطائرات بدون طيار لزيادة كفاءة الشفرات" "النتائج تفتح آفاقًا جديدة لتصميمات ديناميكية هوائية محسنة ومستوحاة من الحياة."


شاهد الفيديو: Air Dynamics (ديسمبر 2021).