Aerodynamikere afslører sammenhæng mellem fiskeskalaer og flytræk

Holdets resultater er blevet offentliggjort i Natur:Videnskabelige rapporter :"Overgangsforsinkelse ved hjælp af biomimetiske fiskeskæl-arrays, " og i Journal of Experimental Biology :"Stribedannelse i flow over biomimetiske fiskeskæl-arrays."

At reducere træk betyder hurtigere flyhastigheder og mindre brændstofforbrug - et vigtigt studieområde for aerodynamikere som professor Bruecker, City's Royal Academy of Engineering Research Chair i Nature-Inspired Sensing and Flow Control for Sustainable Transport, og byens Sir Richard Oliver BAE Systems Chair for Aeronautical Engineering.

Gennem deres biomimetiske undersøgelse, Professor Brueckers team har opdaget, at fiskeskæl-arrayet producerer en zig-zag-bevægelse af væske i overlappende områder af fiskens overflade, hvilket igen forårsager periodisk hastighedsmodulation og et stribet flow, der kan eliminere Tollmien-Schlichting-bølgeinduceret overgang for at reducere hudens friktionsmodstand med mere end 25 procent.

En undersøgelse af visualisering af olieflow ved hjælp af computational fluid dynamics (CFD) på havbars og almindelig karpe gjorde det muligt for forfatterne at komme med en arbejdshypotese:

"Computation Fluid Dynamics (CFD) blev brugt til at studere strømningsmønsteret over overfladen og afslørede en hidtil ukendt effekt af skalaerne som en mekanisme til at generere et regulært mønster af parallelle strømvise hastighedsstriber i grænselaget. For at bevise deres eksistens også på det rigtige fiskeskind, visualisering af oliestrømmen blev udført på havaborre og almindelig karper, som faktisk bekræftede deres tilstedeværelse på en regelmæssig måde langs deres virkelige krop, med det samme arrangement i forhold til skalaen som observeret langs den biomimetiske overflade. Disse resultater lader forfatterne hypotese om en mulig mekanisme for overgangsforsinkelse, inspireret af forskellige tidligere fundamentale overgangsstudier, hvor stribede strukturer genereret af cylindriske ruhedselementer eller vortexgeneratorarrays har vist en overgangsforsinkelse."

Ved hjælp af den specielt udstyrede laminære vandtunnel ved universitetet i Stuttgart i Tyskland, Professor Bruecker og professor Rist (Universitetet i Stuttgart) har testet hypotesen om en overgangsforsinkelse (modtræk) ved at eksperimentere med en glat flad plade og en flad plade dækket med biomimetiske fiskeskæl-arrays.

Deres overraskende forskningsresultat er i modstrid med den almindelige tro på, at ruhed fremmer by-pass overgang. I stedet, skalaerne øger i høj grad stabiliteten af ​​basisstrømmen svarende til en vifte af hvirvelgeneratorer.

En teknisk realisering af sådanne mønstre på aerodynamiske overflader vil bane vejen mod den drastiske reduktion i brændstofforbrug og fremtidig nul-emissionsflyvning.