Amerikaanse onderzoekers ontwierpen een oppervlak dat aerodynamica sterk verbetert. De structuur van dat oppervlak is gebaseerd op haaienschubben.
Haaien hebben een zeer gestroomlijnd lichaam, waardoor ze zich vloeiend door water kunnen bewegen. Op hun huid hebben ze miljoenen kleine schubben, die in vorm en grootte variëren. ‘We weten veel over de structuur van deze schubben, die iets weg hebben van mensentanden,’ zegt George Lauder, hoogleraar ichtyologie (de studie naar vissen) en biologie, in een bericht van de Universiteit Harvard.
Drietand
Zo heeft de makohaai schubben met drie verhogingen, net als een drietand. De onderzoekers gebruikten de micro-computertomografie scantechniek om de 3D-structuur van de schubben te achterhalen.
Testen in water
Vervolgens werden de haaienschubben 3D-geprint op een polymeer laag, die daarna op een testvleugel werd aangebracht. De wetenschappers testten verschillende patronen met 3D-geprinte schubben, waarbij ze de grootte en organisatie van de schubben varieerden.
Om de aerodynamische eigenschappen ervan te testen werden ze in een aquarium getest met stromend water. ‘Onderzoek in water en lucht is vergelijkbaar,’ zegt Lauder desgevraagd. ‘Bovendien zijn we geïnteresseerd in de bewegingen van vissen.’
Glijgetal
De aerodynamica van een vleugel is afhankelijk van het glijgetal. Dit geeft aan hoeveel meter de vleugel kan voortbewegen ten opzichte van de verticale verplaatsing. Een voorwerp met goede aerodynamica zal een hoog glijgetal hebben; denk bijvoorbeeld aan een vliegtuig dat 5 km vooruit kan vliegen bij een hoogteverlies van 100 m. Tijdens de experimenten keken de onderzoekers telkens naar de invloed van de schubben op het glijgetal.
De schubben bleken het glijgetal sterk te verhogen. Ze functioneerden als vortex generatoren, die de luchtstroom langs een bewegend oppervlak beïnvloeden en zo de aerodynamica verbeteren. Achter de schub ontstaan wervelingen die ervoor zorgen dat de vleugel als het ware omhoog wordt gezogen.Het glijgetal van vleugels met 3D-geprinte schubben was 323% hoger dan vleugels zonder vortex generatoren.
De onderzoekers laten zien dat de nieuwe, door haaien geïnspireerde vortex generatoren potentieel beter presteren dan de bestaande gladde vleugeloppervlakken of cleugels met strippen. Mogelijk kan men deze bio-geïnspireerde vortex generatoren gebruiken om de aerodynamica van vliegtuigen, windturbines en drones te verbeteren.
Openingsfoto: Steve Garner
Nieuwsbrief
Vond je dit een interessant artikel, abonneer je dan gratis op onze wekelijkse nieuwsbrief.