[Перевод] Опровергнут один из основополагающих принципов авиационной инженерии

Аэродинамическое сопротивление является основным барьером для высокоскоростных самолётов, автомобилей и скоростных поездов. Это связано с тем, что конструкция с меньшим аэродинамическим сопротивлением позволяет летательному аппарату развивать более высокие скорости с меньшими затратами энергии.

Когда корпус самолёта или автомобиля движется с высокой скоростью, на его поверхности образуется тонкий слой воздуха, называемый пограничным слоем. Этот пограничный слой имеет два состояния: ламинарное течение, при котором воздух течёт упорядоченно, и турбулентное течение, которое является хаотичным.

Чем дольше воздух остаётся в состоянии ламинарного течения с низким трением, тем меньше становится сопротивление воздуха, но по мере увеличения скорости воздуха оно всё равно переходит в турбулентное течение. Ключ к уменьшению аэродинамического сопротивления заключается в том, чтобы оттянуть момент этого перехода к турбулентности.

На протяжении более 80 лет основной принцип авиационной инженерии был прост: чтобы уменьшить аэродинамическое сопротивление, поверхность объекта должна быть гладкой. Эта предпосылка основывалась на результатах исследования 1940 года, проведённого японским учёным Ичиро Тани, который продемонстрировал взаимосвязь между шероховатостью поверхности (показателем состояния обработанной поверхности) и переходом к турбулентному течению, утверждая, что шероховатость поверхности, которая была неизбежна при технологиях производства того времени, препятствовала реализации ламинарного течения.

Однако в 1989 году Тани переосмыслил экспериментальные данные по трубам с шероховатой поверхностью, полученные инженером-гидродинамиком Йоханом Никуласе в 1930-х годах, выдвинув предположение, что «шероховатость не обязательно способствует только переходу к турбулентному течению и увеличению сопротивления потоку». Развивая эту идею, исследовательская группа под руководством Ясуаки Кохамы из Тохокского университета в 1990-х годах продемонстрировала, что волокнистые шероховатые поверхности, имеющие мелкие волокнистые неровности, при определённых условиях способствуют задержке перехода.

>>

Источник: habr.com