Микрошероховатость снижает аэродинамическое сопротивление на 43,6%

Исследователи из Университета Тохоку опровергли 80-летний принцип гидродинамики о том, что гладкие поверхности всегда создают меньшее сопротивление. Применив распределенную микрошероховатость (DMR) к тестовой модели, они впервые экспериментально добились снижения аэродинамического сопротивления до 43,6%. Результаты опубликованы в Journal of Fluid Mechanics. Об этом сообщает издание Phys.org.

Ключевым инструментом стала 1-метровая магнитная подвесная балансировочная система (MSBS) — одна из крупнейших в мире. Она удерживала модель в левитации, исключая помехи от опор, которые могли бы скрыть малые изменения сопротивления. Это позволило провести точные измерения в условиях, близких к свободному полету.

Дополнительно команда использовала компьютерное моделирование (LES) для визуализации воздушного потока. Выяснилось, что снижение сопротивления вызвано подавлением трения на поверхности — механизм отличается от эффекта ямок на мячах для гольфа. Высота микронеровностей составила k⁺ ≈ 1,2–1,7 в вязких единицах, что ниже порога гидравлически гладкой поверхности (k⁺ < 5). Эффект сохранялся до числа Рейнольдса 3,6×10⁶, что указывает на возможность применения в турбулентных потоках.

По словам доцента Айко Якено, при обтекании крыла самолета воздух переходит от ламинарного течения к турбулентному. Снижение хаотической турбулентной энергии уменьшает трение. Технология может повысить топливную эффективность авиации, автомобилей, морского и железнодорожного транспорта без сложных подвижных частей. Сейчас группа работает над детальным механизмом снижения трения совместно с профессором Джонатаном Моррисоном из Имперского колледжа Лондона.