Vandtunneleksperimenter viser, hvordan mako hajvægte hjælper med at generere superhastigheder

Makofin hajer er blevet kaldt "havets geparder, "i stand til at svømme med anslåede hastigheder på 70 eller 80 miles i timen. For at undersøge, hvordan dyrene opnår denne imponerende bedrift, luftfartsingeniør Amy Lang fra University of Alabama og kolleger testede ægte mako haj hudprøver, taget fra dyrets flankeområde, i vandtunnelforsøg.

Arbejdet vil blive beskrevet i denne uge på møde i American Physical Society March March i Boston i 2019. Lang vil være en del af et pressemøde på mødet, der beskriver arbejdet. Information til fjernbetjening til at se og stille spørgsmål er inkluderet i slutningen af ​​denne pressemeddelelse.

Lang og hendes kolleger var specifikt interesserede i effekten af ​​cirka 0,2 millimeter store fleksible vægte placeret på bestemte steder på hajens krop, såsom på flanken og finnerne. Vægten kan bøje i vinkler, der overstiger 40 grader fra kroppen - men kun i retning af omvendt strømning. Med andre ord, hvis du skulle køre din hånd over hajen fra næse til hale, huden ville føles glat; i den anden retning, det ville føles groft som sandpapir. Modstanden mod din hånd er også en modstand mod vandstrømmen. "Det hæmmer strømmen fra at vende nær huden, som ellers ville føre til det, vi kalder flowadskillelse, "Sagde Lang.

Flowadskillelse er den mest indflydelsesrige kilde til træk på et fly, kaldes tryktræk. "Dette er det træk, du oplever, hvis du stikker din hånd ud af bilvinduet lodret i forhold til luftstrømmen, "sagde Lang, en ingeniør med fokus på eksperimentel væskedynamik.

På forsiden af ​​din hånd, der presses højt tryk tilbage. Og på bagsiden af ​​din hånd, der presses lavt tryk fremad. Sammenlægning af trykkræfterne giver en nettokraft af træk. Det samme er tilfældet, hver gang et flow adskilles, selv på en glat krop som en haj - eller en golfbold, hun sagde.

"Fordybningerne på en golfbold er et eksempel på adskillelseskontrol, der reducerer tryktræk ved at opretholde vedhæftet strømning omkring bolden og reducere størrelsen på kølvandet. Du kan ramme en golfbold med fordybninger 30 procent længere, end hvis den samme bold var glat , "Sagde Lang.

Ved hjælp af en teknik kaldet digital partikelbilledhastighed til at producere detaljerede målinger af vandstrømningshastigheden over og omkring huden, Lang og hendes team opdagede, at strømningsadskillelse faktisk blev styret af en "passiv strittende" evne til den mikroskopiske overfladegeometri af hajens skalaer.

"Vi oprettede et eksperiment i tunnelen med en målt mængde af strømningsadskillelse induceret på en glat overflade. Derefter erstattede vi den glatte overflade med hajskind og gentog strømningsadskillelsen, "Forklarede Lang." I alle tilfælde med flankehuden, vi så størrelsen på det adskilte strømningsområde reduceret betydeligt ved tilstedeværelsen af ​​huden. "

Arbejdet, som delvist blev finansieret af Boeing og den amerikanske hær, kunne føre til nye designs til at reducere træk på fly og helikoptere, øge deres smidighed. "Potentialet for en menneskeskabt overflade til at udnytte denne helt passive mekanisme selv i luften er meget spændende, "Sagde Lang.