Институт материаловедения и технологий Нинбо (NIMTE) разработал покрытие для винтов грузовых судов, имитирующее кожу дельфина. Эта инновация обещает значительно сократить расход топлива и выбросы вредных веществ.
Загадка скорости дельфинов
На протяжении столетия ученые и инженеры черпали вдохновение у дельфинов, изучая их строение для создания быстрых и маневренных судов. Ведь способность этих животных легко скользить по воде и прыгать в воздух, словно игнорируя сопротивление среды, делает их идеальным образцом для подражания.
Однако с точки зрения физики плавание дельфинов казалось невозможным. Сопротивление воды должно быть слишком велико, а сила мышц дельфина, сопоставимая с силой человеческого атлета, недостаточна для достижения наблюдаемых скоростей. До Второй мировой войны этот парадокс, известный как «Парадокс Грэя», оставался неразгаданным.
Затем инженеры обратили внимание на интересный факт. При наблюдении за тюленями и дельфинами, плывущими вместе в светящемся ночью море, биолюминесцентный планктон хаотично перемещается вокруг тюленей, в то время как возле дельфинов он скользит ровными линиями. Оказалось, что секрет кроется в уникальной коже дельфинов.
Структура дельфиньей кожи
Кожа дельфина обладает гибкой микроструктурой, которая совместно со слизистыми выделениями способна изменяться в зависимости от скорости плавания. На высоких скоростях кожа создает тончайший слой турбулентности, практически лишенный трения. Благодаря этому вода вокруг дельфина легко скользит, создавая так называемое ламинарное течение.
Ламинарное течение уже применяется в конструкциях водного и воздушного транспорта для уменьшения сопротивления и повышения скорости. Институт NIMTE адаптировал этот принцип к судовым винтам.
Разработанная ими «бионическая кожа дельфина» отличается от настоящей кожи дельфина, которая значительно сложнее. Покрытие NIMTE состоит из динамических межфазных материалов, напоминающих жидкость, и гибкой микроструктуры толщиной 0,1-0,2 мм. Это покрытие снижает силу сдвига между водой и винтом, повышая его эффективность.
Совместно с компанией COSCO SHIPPING Energy Transportation, институт NIMTE провел испытания винтов с бионическим покрытием на супертанкере (VLCC) грузоподъемностью 300 000 тонн.
Во время ходовых испытаний, которые длились 200 дней и охватили более 35 000 морских миль (около 65 000 км) между китайскими портовыми городами и крупными портами Ближнего Востока, винты с новым покрытием позволили добиться 2% экономии топлива на судне. Исследователи подсчитали, что нанесение бионической кожи дельфина на винт обойдется примерно в 20 тыс. долларов, при этом годовая экономия на топливе составит более 140 тыс. долларов, а выбросы CO2 сократятся на 900 тонн.
