Para construir más máquinas aerodinámicas, los investigadores se inspiran en una fuente poco probable: el océano.
Un equipo de biólogos e ingenieros evolutivos en la Universidad de Harvard, en colaboración con colegas de la Universidad de Carolina del Sur, han arrojado luz sobre un misterio de décadas sobre la piel de tiburón y, en el proceso, demostraron una nueva estructura bioinspirada que podría mejorarEl rendimiento aerodinámico de aviones, turbinas eólicas, drones y automóviles.
La investigación se publica en el Revista de la interfaz de la Royal Society .
Los tiburones y los aviones no son realmente tan diferentes. Ambos están diseñados para moverse eficientemente a través del fluido agua y aire, utilizando la forma de sus cuerpos para generar elevación y disminuir la resistencia. La diferencia es que los tiburones tienen alrededor de 400 millones-año de inicio en el proceso de diseño.
"La piel de los tiburones está cubierta por miles y miles de pequeñas escamas, o dentículos, que varían en forma y tamaño alrededor del cuerpo", dijo George Lauder, profesor de Ictiología Henry Bryant Bigelow y profesor de biología en el Departamento deOrganismic and Evolutionary Biology, y coautor de la investigación: "Sabemos mucho sobre la estructura de estos dentículos, que son muy similares a los dientes humanos, pero la función ha sido debatida".
La mayoría de las investigaciones se han centrado en las propiedades de reducción de la resistencia de los dentículos, pero Lauder y su equipo se preguntaron si había más en la historia.
"Preguntamos, ¿qué pasaría si en lugar de reducir principalmente el arrastre, estas formas particulares fueran realmente más adecuadas para aumentar la sustentación", dijo Mehdi Saadat, becario postdoctoral en Harvard y coautor principal del estudio. Saadat tiene una cita conjunta enIngeniería Mecánica en la Universidad de Carolina del Sur.
Para ayudar a probar esa hipótesis, los investigadores colaboraron con un equipo de ingenieros de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas SEAS John A. Paulson de Harvard. Para inspirarse, recurrieron al shortfin mako, el tiburón más rápido del mundo.Los dentículos del mako tienen tres crestas elevadas, como un tridente. Mediante un escaneo de micro-CT, el equipo tomó imágenes y modeló los dentículos en tres dimensiones. Luego, imprimieron en 3D las formas en la superficie de un ala con una cruz aerodinámica curvada.sección, conocida como perfil aerodinámico.
"Las superficies de sustentación son un componente principal de todos los dispositivos aéreos", dijo August Domel, un estudiante de doctorado en Harvard y coautor del artículo. "Queríamos probar estas estructuras en superficies de sustentación como una forma de medir susefecto en elevar y arrastrar para aplicaciones en el diseño de varios dispositivos aéreos como aviones no tripulados, aviones y turbinas eólicas ".
Los investigadores probaron 20 configuraciones diferentes de tamaños de dentículos, filas y posiciones de filas en perfiles aerodinámicos dentro de un tanque de flujo de agua. Descubrieron que, además de reducir el arrastre, las estructuras en forma de dentículos aumentaron significativamente la elevación, actuando como alta potencia, bajageneradores de vórtices de perfil.
Incluso si no sabe qué es un generador de vórtices, ha visto uno en acción. Los automóviles y aviones están equipados con estos pequeños dispositivos pasivos diseñados para alterar el flujo de aire sobre la superficie de un objeto en movimiento para hacerlomás aerodinámico. La mayoría de los generadores de vórtices en el campo hoy en día tienen un diseño simple, similar a una pala.
"Estos generadores de vórtice inspirados en tiburones logran mejoras en la relación de elevación a arrastre de hasta 323 por ciento en comparación con una superficie de sustentación sin generadores de vórtice", dijo Domel. "Con estos diseños de prueba de concepto, hemos demostrado que estos vórtices bioinspiradoslos generadores tienen el potencial de superar los diseños tradicionales "
"Se puede imaginar que estos generadores de vórtices se utilizan en turbinas eólicas o drones para aumentar la eficiencia de las aspas", dijeron Katia Bertoldi, profesora de Mecánica Aplicada William y Ami Kuan Danoff de SEAS y coautora del estudio ".los resultados abren nuevas vías para diseños aerodinámicos mejorados y bioinspirados "
"Esta investigación no solo describe una forma novedosa para los generadores de vórtices, sino que también proporciona información sobre el papel de los dentículos de tiburón complejos y potencialmente multifuncionales", dijo Lauder.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences . Original escrito por Leah Burrows. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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