Huid van haaien ter inspiratie voor betere vliegtuigen, drones en windturbines

De schubben van haaien zouden zomaar eens als belangrijke inspiratievorm kunnen dienen voor de nieuwe generatie vliegtuigen, drones, windturbines en andere aerodynamische machines. Amerikaanse engineers zijn er al druk mee bezig.

Engineers en evolutiebiologen van Harvard en de University van South Caroline hebben een nieuwe bio-geinspireerde structuur gedemonstreerd die de aerodynamische prestatie van vliegtuigen, windturbines, drones en auto’s kan verbeteren. Deze is geinspireerd op de huid van een haai. 

“De huid van haaien is bedekt met duizenden kleine tandachtige schubjes (denticles), die van vorm en formaat verschillen op elke plek van het lichaam”, zegt George Lauder, de co-auteur van het onderzoek naar de structuur. “We weten veel over de structuur van deze huidtanden – die op veel vlakken lijken op menselijke tanden – maar over de functie ervan is veel gediscussieerd.”

Draagvlakken

Het meeste onderzoek richtte zich op hoe deze denticles de weerstand verminderen, maar het team keek in plaats daarvan of ze ook de lift konden verhogen. Ze gebruikten micro-CT-scans om beelden van de denticles in drie dimensies te maken en 3D-printten deze vervolgens op het oppervlak van een draagvlak.

“Draagvleugels zijn een primaire component van alle antenne-apparaten”, zei August Domel, een van de onderzoekers. “We wilden deze structuren testen op draagvlakken als een manier om hun effect op lift en slepen te meten voor toepassingen in het ontwerp van verschillende antenne-apparaten zoals drones, vliegtuigen en windturbines. “

De onderzoekers testten 20 verschillende configuraties van dentikelgroottes, rijen en rijposities op draagvlakken in een waterstroomtank. Ze ontdekten dat, naast het verminderen van de weerstand, de denticle-vormige structuren de lift significant verhoogden en fungeerden als high-powered, low-profile vortex generators.

Meer aerodynamiek

Vortex-generatoren worden gebruikt in auto’s en vliegtuigen om de luchtstroom over een bewegend voorwerp te veranderen en het aerodynamischer te maken. “Deze op haaien geïnspireerde wervelstroomgeneratoren bereiken een verbetering van de hefvermogen-tot-sleepverhouding van maximaal 323 procent vergeleken met een vleugelprofiel zonder vortexgeneratoren”, aldus Domel. “Met deze proof-of-conceptontwerpen hebben we aangetoond dat deze bio-geïnspireerde vortexgeneratoren het potentieel hebben om traditionele ontwerpen te overtreffen.”

Lauder voegt toe: “Dit onderzoek schetst niet alleen een nieuwe vorm voor vortex generatoren, maar biedt ook inzicht in de rol van complexe en potentieel multifunctionele haai denticles.”

Door: Kelly Bakker

Bron: Imeche