[helgi]

Про мячики, велосипеды и все такое

Могут ли на первый взгляд несовершенные поверхности привести к выигрышу в аэродинамике? Одна гоночная команда из Америки может предложить результаты вычислений, чтобы доказать это.

Беседа в пабе между студентами технического института ведется о применении технологии изготовления шариков для гольфа (их поверхности с впадинками) в конструкции аэродинамических плоскостей самолета или автомобиля. Это отрывок из своеобразного австралийского телевизионного фильма о гонках автомобилей на солнечных батареях. Фильм повествует о похождениях мужественных австралийских молодых людей, пытающихся несмотря на все возможные неприятности пересечь всю страну, используя только энергию солнечных лучей. В одном из эпизодов фильма один из гонщиков предлагает покрыть поверхность автомобиля впадинами, 'точно так же как мяч для гольфа.' Автомобиль, конечно, в конце концов приходит к финишу первым. Но это - все на вымышленной земле телевидения, где законы физики используются только тогда, когда этого хочет режиссер. В реальном мире использование впадин на поверхности быстро перемещающихся объектов было, по-видимому, ограничено внешней поверхностью мячей для гольфа.
В изготовлении мяча для гольфа впадины стали нормой с 1930-ых, когда исследование показало, как они могут увеличить подъемную силу и уменьшить лобовое сопротивление сферического объекта в полете. Главное, что не вяжется с логикой использования этого ноу-хау – по крайней мере логикой авторов РейсКар Инжиниринг – тот факт, что гоночные автомобили в отличие от мячей для гольфа крайне редко вращаются по дороге к финишу. Так может ли в действительности это изобретение работать в гонках? По слухам, в последние годы одна команда Формулы 1, скорее всего Феррари, экспериментировала с покрытыми впадинами поверхностями (ПВ), но не смогла добиться конкретных результатов за стенами аэродинамической трубы.
Тем не менее, в одном из недавних выпусков журнала «Рейскар Инжиниринг» приведены фотографии антикрыльев, изготовленных по технологии ПВ одним из поставщиков для американских гонок, Фаст Уингс. 'Впадины, кажется, работают. Автомобиль, прижимается к земле намного лучше, обод аж в шину вдавливается', объяснил представитель Фаст Уингс. Все же фирма, не обладает никакими серьезными данными кроме этого живописного описания эффекта применения антикрыльев с ПВ. Однако, фотография из Индианаполиса не прошла незамеченной, и Джош Портнер из компании Зипп, одного из лидеров на рынке поставщиков колес для гоночных велосипедов, связался с Рейскар.
Фирма Зипп имеет мировой патент на покрытые ямочками диски колес, и это, кажется, работает – Зипп является главным поставщиком для многих лидеров крупных соревнований, таких как Тур де Франс, например. Зипп потратил немало времени и денег на доводку дисков в аэродинамической трубе в Техасе.
Диски с применением технологии ПВ показали очень хорошие результаты. В частности, числа Рейнольдса, особенно по сравнению с непокрытыми ямочками версиями. Для тех, кто не является постоянным прихожанином храма Аэродинамики, следует объяснить, что число Рейнольдса характеризует условия протекания потока. Меньшие числа Рейнольдса соответствуют ламинарному протеканию (невозмущенному, «слой по слою»), большие – турбулентному (завихрения). На гладких дисках Зипп числа Рейнольдса гораздо выше. Предположительно, впадины делают поток немного турбулентным сначала, но это позволяет избежать большей турбулентности в дальнейшем. В теории это могло бы сделать покрытую ямочками поверхность крыла намного более эффективной, чем абсолютно гладкую поверхность. Также интересен тот факт, что до настоящего времени все впадины, применительно к тестам гоночных автомобилей, были круглыми или овальными в плане. В то время, как эксперименты с мячами для гольфа показали, что шестиугольники - фактически самая эффективная форма (для шариков, по крайней мере). Фактически Зипп попробовал различные формы, но пока столкнулся с трудностями в процессе производства: 'Мы используем двадцатигранные (20-сторонние) впадины на наших дисках, однако процесс производства способствует тому, чтобы углы немного скруглялись. Таким образом они действительно выглядят более круглыми,' объясняет Портнер. 'Мы ищем другие формы и конфигурации, ведь, именно углы и грани помогают получить желаемые завихрения и создают эффект. Сейчас затраты, связанные с тестированием бесчисленных вариантов, чрезвычайно высоки, и существует бесконечное сражение между идеальным техническим проектом и приспособленностью его к массовому производству.'