Чему автомобили могут научиться у птиц и рыб?

Аудиоверсия статьи:

Глобальное потепление и загрязнение окружающей среды — важнейшие проблемы современности, и значительный вклад в их решение вносит автомобильный транспорт — на его долю приходится 92% выбросов CO₂ от всех транспортных услуг. Одним из основных факторов, влияющих на экологию, является аэродинамическое сопротивление, на которое приходится более 50 % расхода топлива на высоких скоростях. Такой значительный расход топлива напрямую приводит к увеличению выбросов CO₂, поэтому снижение аэродинамического сопротивления имеет решающее значение для решения проблемы изменения климата. Например, снижение аэродинамического сопротивления на 5% может уменьшить выбросы CO₂ на 1,5 г/км.

Аэродинамическое сопротивление препятствует движению автомобиля, влияя на расход топлива и эффективность автомобиля. Это сопротивление оказывает значительное влияние, особенно на скоростях движения по шоссе. В отличие от этого, при движении по городу на расход топлива влияет вес автомобиля, причем аэродинамическое сопротивление составляет около 25 % от расхода топлива при движении по городу.

Учитывая значительное влияние аэродинамического сопротивления на расход топлива и выбросы, разработка технологий, позволяющих значительно снизить его, приобретает критическое значение. Повышение аэродинамической эффективности не только улучшает топливную экономичность, но и повышает эксплуатационные характеристики автомобиля и снижает общее воздействие на окружающую среду.

В то время как технологические достижения позволяют добиться значительных успехов в снижении аэродинамического сопротивления, природа обладает уникальными знаниями, которые могут способствовать еще большим улучшениям. Исследователи все чаще обращаются к удивительным приспособлениям птиц и рыб, как к источнику вдохновения для создания инновационных конструкций, повышающих эффективность автомобилей. Так исследователи могут открыть новые уровни аэродинамической эффективности и еще больше снизить выбросы CO₂.

Последние проекты автомобилей, вдохновленные рыбами

Белухи: в исследовании Университета Маниса Селал Баяр (Турция) использовалась форма белухи для создания дизайна автобуса. Экспериментальные и CFD методы моделирования, примененные к шести различным моделям автобусов, привели к снижению сопротивления на 21,04%, что означает снижение расхода топлива примерно на 12,64%. Это демонстрирует практическую пользу биоинспирированных аэродинамических модификаций в больших транспортных средствах.

Парусник: компания McLaren Automotive, расположенная в Великобритании, встроила в систему воздуховодов гиперкара P1 диплеты, вдохновленные парусными рыбами, что позволило увеличить объем воздуха, поступающего в двигатель, на 17 %. Это усовершенствование позволило оптимизировать характеристики этого мощного электрического гиперкара, подчеркнув ценность дизайнерских решений природы для высокопроизводительных приложений.

Самка рыбы-коробочки: компания Mercedes-Benz, штаб-квартира которой находится в Германии, черпала вдохновение в уникальной форме самки рыбы-коробочки, чтобы разработать автомобиль с коэффициентом сопротивления 0,24. Несмотря на то, что этот дизайн вызвал споры из-за потенциальных проблем с маневренностью, он позволил заметно снизить сопротивление, достигнув снижения на 13,8 % в расчетных моделях и на 16,7 % в экспериментах в аэродинамической трубе.

Акулья кожа: Чжэцзянский университет в Китае воспроизвел желобчатую, негладкую поверхность акульей кожи в модификациях поверхности для улучшения аэродинамики автомобиля. CFD-моделирование этой модификации, вдохновленной биологическими факторами, позволило добиться снижения сопротивления на 10,31 %. Это наглядно демонстрирует, как имитация естественной текстуры акульей кожи может эффективно снизить аэродинамическое сопротивление.

Акула-мако: вдохновившись аэродинамическими качествами акулы-мако, специалисты Университета Консепсьона в Чили разработали концепт-кар для подземных туннелей. Эта биомиметическая конструкция достигла коэффициента сопротивления 0,28 и уменьшения подъемной силы на 58%, демонстрируя, как вдохновленные биологией конструкции могут улучшить аэродинамические характеристики и способствовать созданию низкоуглеродных транспортных средств.

Демерсальные (донные) рыбы: университет Гронингена в Нидерландах вдохновился обтекаемой головой донных рыб, чтобы разработать новый аэродинамический дизайн грузовика. Моделирование CFD показало потенциальное снижение сопротивления на 45 %, что привело к уменьшению расхода топлива и выбросов на 22 %, подчеркивая эффективность биомимикрии в повышении эффективности и экологичности транспортных средств.

Последние разработки транспортных средств, вдохновленные птицами

Кондор: исследователи из Орлеанского университета во Франции разработали биомиметическую систему пассивного управления на основе перьев кондора. Эта система включает в себя закрылки из жесткого пластикового каркаса и пористой ткани, которые адаптируются к изменяющимся условиям потока. Эксперименты в аэродинамической трубе показали, что при различных числах Рейнольдса среднее снижение сопротивления достигает 20 %.

Голуби: университет Бейханг в Китае и Токийский технологический институт в Японии изучили микроструктуры голубиных перьев, чтобы разработать новую систему снижения сопротивления. Их дизайн, вдохновленный рифлением «елочка», позволил добиться снижения сопротивления на 16 %, превзойдя традиционные рифления с микрожелобками и другие технологии снижения сопротивления.

Сокол: исследователи из Университета науки и технологии имени Ахсануллы в Бангладеш изучили возможности снижения сопротивления, вдохновленные сапсаном. Испытания в аэродинамической трубе показали снижение сопротивления до 75 % при угле атаки 20°. Модификации с удлиненным профилем клюва позволили снизить сопротивление до 72 %, продемонстрировав эффективность вдохновленных живыми организмами конструкций для снижения сопротивления.

Перья птиц: исследователи из Сеульского национального университета в Южной Корее экспериментируют с биомиметическим устройством под названием автоматический движущийся дефлектор (AMD), вдохновленным перьями крыльев птиц. Нанесенный на заднюю наклонную поверхность модели автомобиля, AMD продемонстрировал снижение сопротивления до 19% в испытаниях в аэродинамической трубе.

В борьбе с глобальным потеплением и выбросами CO₂ аэродинамические конструкции, вдохновленные природой, представляют собой эффективные решения. Необычные адаптации на основе организмов рыб и птиц уже показали значительное повышение эффективности автомобилей, продемонстрировав эффективность биомимикрии. Более того, изучение других видов, включая лягушек, морских львов, пауков и листьев лотоса, на предмет их уникальных свойств, снижающих сопротивление, расширяет этот инновационный подход. Сочетая природные принципы с передовыми технологиями, удается проложить путь к созданию экологичных и высокопроизводительных транспортных систем.

По материалам MSN.