Аннотация:
Немецкая компания Lufthansa Technik недавно получила одобрение Европейского агентства авиационной безопасности на установку разработанного ею бионического поверхностного материала AeroSHARK на пассажирский самолет Airbus A330-300 и проведение летных испытаний. Команда разработчиков надеется использовать структурные свойства кожи акулы, чтобы помочь большим пассажирским самолетам перемещаться по воздуху более эффективно, как плавающая акула.
Для современной авиационной отрасли одной из самых больших проблем всегда было сопротивление воздуха.
Хотя фюзеляж современного авиалайнера кажется очень гладким, в микроскопическом масштабе его металлическая поверхность на самом деле содержит большое количество мелких неровных структур. Когда самолет летит со скоростью около 890 километров в час, к поверхности фюзеляжа прилипает тонкий слой воздуха.
Между телом и этим слоем воздуха имеется область толщиной около 1 мм. Эта область, называемая вязким подслоем, заполнена хаотичной и беспорядочной массой крошечных вихрей и воздушных возмущений.
Именно эти, казалось бы, незаметные мелкомасштабные турбулентности и составляют так называемое «сопротивление поверхностного трения». Исследования показывают, что этот тип сопротивления составляет около половины общего сопротивления воздуха самолета и поэтому становится важным фактором, влияющим на расход топлива и эффективность полета.
Авиационные инженеры уже давно ищут способы ослабить это сопротивление, и в конечном итоге ответ пришел от хищников, обитающих на вершине океана.
Хотя люди часто думают, что акулы очень гладкие, на самом деле их кожа покрыта очень мелкой чешуей. Эти чешуйки, называемые зубцами, напоминают миниатюрные зубы с равномерно расположенными удлиненными приподнятыми структурами.
Эти крошечные текстуры определяют направление тела акулы. При прохождении через него воды также образуется большое количество микровихрей. Однако выступы на поверхности дермальных зубов могут удерживать эти водовороты дальше от кожи, тем самым уменьшая прямое нарушение потока воды на поверхности тела.
Именно этот механизм помогает акулам плавать на высоких скоростях в морской воде с большей эффективностью.
Концепция дизайна AeroSHARK основана на этом природном явлении.
Система представляет собой слой специальной полимерной пленки с большим количеством микроканавок шириной всего около 50 микрон, выбитых на ее поверхности. Точно имитируя высоту, расстояние и геометрию зубов акулы, исследователи надеются добиться эффекта снижения сопротивления, аналогичного эффекту акулы.
После установки эта пленка покроет внешнюю часть фюзеляжа самолета, как большая пленка. Когда воздух проходит через эти тонкие структуры, возмущения, первоначально образовавшиеся на поверхности самолета, реорганизуются, тем самым уменьшая сопротивление воздуха и повышая эффективность полета.
По расчетам Lufthansa Technik, текущая версия AeroSHARK может снизить расход топлива и выбросы углекислого газа за один рейс примерно на 1%. Если в будущем оно будет расширено до таких частей, как крылья и хвостовое оперение, ожидается, что эффект сокращения выбросов увеличится примерно до 2%.
Это разрешение на тестирование не означает, что AeroSHARK впервые применяется на практике.
Фактически, эта технология сертифицирована для коммерческой эксплуатации на некоторых грузовых и пассажирских самолетах Boeing 777 и накопила большой опыт эксплуатации на реальных маршрутах.
На сегодняшний день система AeroSHARK установлена на многих дальнемагистральных самолетах Lufthansa Group. Согласно данным, опубликованным компанией, соответствующие технологии установили сотни тысяч летных рекордов и помогли авиакомпаниям существенно сэкономить на расходе топлива и выбросах углекислого газа.
Однако для моделей Airbus сертификация A330 имеет особое значение.
Являясь вторым по распространенности дальнемагистральным широкофюзеляжным пассажирским самолетом в мире, А330 еще долгое время будет служить в мировом парке авиакомпаний. Если AeroSHARK наконец получит официальную сертификацию и получит широкое распространение, его потенциальный размер рынка значительно превысит его нынешние масштабы.
Для завершения работ по сертификации Lufthansa Technik запустила соответствующие планы испытаний в Дрездене, Германия. Пассажирский самолет A330-300, принадлежащий Discover Airlines, будет модифицирован и пройдет несколько этапов летной проверки, чтобы оценить влияние этой технологии на летные характеристики, безопасность и эксплуатационную надежность.
В то же время группа исследований и разработок также продвигает разработку материала AeroSHARK следующего поколения, надеясь, что в будущем он будет не только покрывать фюзеляж и обтекатель двигателя, но также применяться в областях, которые несут большие аэродинамические нагрузки, таких как крылья, горизонтальное и вертикальное оперение.
Инсайдеры отрасли считают, что, поскольку авиационная отрасль сталкивается со все более строгими требованиями к сокращению выбросов, бионические технологии, такие как AeroSHARK, которые напрямую основаны на естественном дизайне, становятся важным направлением повышения эффективности авиации. Для авиакомпаний даже если потребление топлива снизится всего на 1%, это также будет означать значительную экономию эксплуатационных расходов и эффект сокращения выбросов углекислого газа в огромной глобальной сети маршрутов.
Добавление Airbus A330 в программу испытаний также означает, что бионическая технология, полученная из кожи акулы, распространяется на более широкий спектр парков гражданской авиации.
Комментарии