Ведущие эксперты в области аэродинамики в течение многих лет работают над повышением безопасности, управляемости, скорости и экономичности самолетов. Доктор физико-математических наук и ведущий научный сотрудник Института теоретической и прикладной механики РАН (ИТПМ) Андрей Бойко и его коллега Андрей Иванов рассказали в интервью Naked Science, что эти характеристики зависят от способности контролировать переход от ламинарного потока воздуха к турбулентному.
Владимир Сергеев / РИА Новости
«Турбулентность в пограничном слое у поверхности летательного аппарата увеличивает силу трения и, соответственно, расход топлива, поэтому ведущие научные группы этого направления стараются уменьшить турбулентность и снизить силу трения, которую преодолевает пассажирский самолет», — объяснил Бойко.
Важно отметить, что большинство людей воспринимают турбулентность как атмосферное явление, однако речь идет о меньших вихрях на уровне нескольких миллиметров. Именно эти вихри создают увеличенное трение, из-за которого самолет расходует около 50% всего топлива.
Идея частичной ламинаризации — это один из перспективных подходов к снижению сопротивления. Это означает увеличение площадей на самолете, где поток остается гладким и ламинарным. Ученые проводят эксперименты с крылами стреловидной формы в аэродинамических трубах, меняя гладкость поверхности и угол атаки.
Даже маленькая шероховатость может вызвать переход к турбулентному потоку, что увеличивает трение до десяти раз. Исследователи пришли к выводу, что необходимо создать предсказуемую турбулентность в пограничном слое, чтобы контролировать поведение потоков.
Андрей Иванов описал два основные подхода к уменьшению трения. Первый заключается в использовании специального микрорельефа на поверхности самолета, который уже начинает применяться некоторыми европейскими авиакомпаниями. Уменьшение трения всего на 0,2% может сэкономить сотни тонн топлива и снизить выбросы углекислого газа.
Второй подход — это увеличение зон гладкого обтекания, что может значительно уменьшить общее трение самолета.
В ходе экспериментов ученые используют новейшие технологии, включая тепловизоры, чтобы фиксировать поведение воздушного потока в реальном времени. Они стремятся создать идеальную структуру рельефа крыла, которая сможет задерживать начало турбулентности как можно дальше от передней кромки.
