Численное моделирование влияния плакоидной чешуи на аэродинамические характеристики профиля


Авторы

Якимова А. В.

АО «Национальный центр вертолётостроения имени М. Л. Миля и Н. И. Камова», 140070, Московская область, Люберецкий район, поселок Томилино, улица Гаршина, дом 26/1

e-mail: nordwind056@gmail.com

Аннотация

Наблюдение за приспособлением животных к условиям окружающей среды может послужить основой для новых открытий и изобретений. В данной работе при помощи программного комплекса ANSYS CFX было проведено исследование двух типов аэродинамических профилей с различным закреплением плакоидных чешуек, характерных для акул и скатов. Рассматривались положения чешуек в области задней кромки профиля. Подобное расположение имеют чешуеобразные структуры, недавно обнаруженные на плавниках ископаемых морских рептилий. Сравнение полученных аэродинамических характеристик «модифицированных» профилей с обычными при различных скоростях набегающего потока и углах атаки дало перспективные результаты. Был сделан вывод о преимуществах и недостатках использования чешуек на аэродинамическом профиле, и намечена возможная область применения подобных структур на летательных аппаратах.

Ключевые слова:

численное моделирование; аэродинамические характеристики профиля; плакоидная чешуя; чешуя акулы

Список источников

  1. Литинецкий И. Б., Беседы о бионике – М.: Наука, 1968, С. 18 – 20.
  2. Afroz F. et al. Experimental study of laminar and turbulent boundary layer separation control of shark skin // Bioinspiration & biomimetics 12.1 (2016): 016009 DOI:10.1088/1748-3190/12/1/016009
  3. Lang A. W. et al. Bristled shark skin: a microgeometry for boundary layer control? // Bioinspiration & biomimetics. Vol (3) 2008, P. 046005, DOI:10.1088/1748-3182/3/4/046005
  4. Dai, W., Alkahtani M. et al. Drag-reduction of 3D printed shark-skin-like surfaces // Friction 7, P. 603–612 (2019). URL: https://doi.org/10.1007/s40544-018-0246-2
  5. Gabler-Smith, Molly K., and George V. Lauder Ridges and riblets: Shark skin surfaces versus biomimetic models // Frontiers in Marine Science 9 (2022): 975062.
  6. Han X., Zhang D. Study on the micro-replication of shark skin // Sci. China Ser. E-Technol. Sci. 51, P. 890–896 (2008). URL: https://doi.org/10.1007/s11431-008-0080-2
  7. Jo W., Kang H. S., Choi J. et al Light-Designed Shark Skin-Mimetic Surfaces // Nano Lett. 2021. Vol. 21 (13). P. 5500 – 5507. DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c00436
  8. Lu Y., Hua M., Liu Z. The Biomimetic Shark Skin Optimization Design Method for Improving Lubrication Effect of Engineering Surface // Journal of Tribology. 2014 Vol. 136 (3). P. 0317031–3170313. DOI: 10.1115/1.4026972.
  9. Wen L., Weaver J. C., Lauder G. V. Biomimetic shark skin: design, fabrication and hydrodynamic function // The Journal of Experimental Biology. 2014. Vol. 217. P. 1656–1666. DOI: 10.1242/jeb.097097.
  10. Domel A. G., Saadat M., Weaver J. C., Haj Hariri H., Bertoldi K., Lauder G. V. Shark skin inspired designs that improve aerodynamic performance // J. R. Soc. Interface. DOI: 10.1098/rsif.2017.0828
  11. Bechert D. W., Bruse M., Hage W. Experiments with three-dimensional riblets as an idealized model of shark skin // Experiments in Fluids 28 (2000), P. 403 – 412. 
  12. Dean B., Bhushan B. Shark-skin surfaces for fluid-drag reduction in turbulent flow: a review // Phil. Trans. R. Soc. A (2010) 368, P. 4775 – 4806. DOI: 10.1098/rsta.2010.0201
  13. Lloyd C. J., Peakall J., Burns A. D. et al Hydrodynamic efficiency in sharks: the combined role of riblets and denticles // Bioinspiration & Biomimetics. 2021 Vol. 16 (4). DOI: 10.1088/1748 3190/abf3b1.
  14. Ibrahim M. D., Amran S. N. A., Yunos Y. S. et al. The Study of Drag Reduction on Ships Inspired by Simplified Shark Skin Imitation // Applied Bionics and Biomechanics. 2018. 11 p. 7854321. DOI: 10.1155/2018/7854321.
  15. Кромм Г. А., Волков А. В., Рыженков А. В., Ляпин В. Ю., Трушин Е. С. К вопросу перспективности применения природоподобных технологий для повышения эффективности лопастных гидромашин // Омский научный вестник. Сер. Авиационно-ракетное и энергетическое машиностроение. 2023. Т. 7, № 2. С. 58–64. DOI: 10.25206/2588-0373-2023-7-2-58-64.
  16. Marx M., Sjövall P., Kear B. P., et al. Skin, scales, and cells in a Jurassic plesiosaur // Current Biology, Vol. 35, p. 1113-1120. DOI: 10.1016/j.cub.2025.01.001
  17. Усачов А. Е., Исаев С. А., Сапунов О. А., Сустин С.А. Оптимизация обтекания толстых профилей для повышения их аэродинамических характеристик // Труды МАИ. 2023. № 129. DOI: 10.34759/trd-2023-129-11
  18. Брутян М. А., Вышинский В. В., Ляпунов С. В. Основы дозвуковой аэродинамики / Центральный аэрогидродинамический институт им. профессора Н. Е. Жуковского. – М.: Наука, 2021. 269 с.
  19. Вышинский В. В., Судаков Г. Г. Применение численных методов в задачах аэродинамического проектирования // Тр. ЦАГИ. Вып. 2673. 2007. 143 с.
  20. Миль М. Л., Некрасов А. В., Браверман А. С. и др. Вертолеты. Расчет и проектирование. Том 1. Аэродинамика. – М.: Машиностроение, 1966, 455 с; С. 183.
  21. Брутян М. А., Волков А. В., Вышинский В. В. Основы вычислительной аэродинамики / Центральный аэрогидродинамический институт им. профессора Н. Е. Жуковского. – М.: Наука, 2024. 356 с.

Скачать статью

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2000—2026

 Вход