az UCLA mérnökei kifejlesztik az első Húzáscsökkentő technológiát a hajók számára
hitelkártya méretű “szuperhidrofób” felület mikroszkopikus hornyokkal rendelkezik, amelyek befogják a levegőt és 30%-kal csökkentik a víz súrlódását.
az UCLA Samueli mérnöki iskola kutatócsoportja bebizonyította, hogy egy speciálisan kialakított felület közel egyharmadával képes csökkenteni az áramló víz súrlódását. Ez egy első sikeres hajóteszten történt nyílt vízen, a kaliforniai Marina Del Rey-ben.
a Physical Review Applied folyóiratban megjelent tanulmányban a kutatók azt állítják, hogy a minta felületét végül fel lehet méretezni, hogy lefedje a hajók és hajók hajótestét, hogy segítsen nekik kisebb ellenállással átvágni a vizet.
“a hatás hasonló ahhoz, mint amikor egy léghoki korong könnyedén átcsúszik az asztalon”-mondta Chang-Jin “CJ” Kim, a tanulmány vezetője, az UCLA Samueli mechanikai és Repülőgép-mérnöki professzora. “A légellenállás csökkenése csökkentené a tengeri üzemanyag-felhasználást és-kibocsátást.”
a szokatlanul víztaszító vagy “szuperhidrofób” felület használatának ötlete a hajótesteken körülbelül két évtizede létezik, a koncepció kezdeti ígéretet mutat a laboratóriumi kísérletekben. Ahelyett, hogy közvetlenül egy szilárd felületen áramolna, a víz egy apró légrétegen áramlik át, amely a víz és a szuperhidrofób felület közé szorult.
“a szuperhidrofób felületekről kimutatták, hogy egy vékony légréteget, úgynevezett plasztront tartanak fenn a vízcsatorna-kísérletek során számos laboratóriumban” – mondta Kim. “Ez a plasztron azonban megmagyarázhatatlanul eltűnik, ha ugyanazokat a felületeket nyílt vízben tesztelik a laboratóriumon kívül. A tanulmányunkban közölt fő áttörés az, hogy sikerült megtartani a plasztront a terepi tesztek során, és megerősítette a hajó ellenállásának csökkenését a nyílt tengervízben.”
globális tanulmányok becslése szerint az óceáni teherhajók felelősek a világ közlekedési energiafelhasználásának körülbelül 12% – áért, és a globális dinitrogén-és kén-oxid gázkibocsátás körülbelül 15% – áért.
“a vízi járművek súrlódási ellenállása a globális energiafogyasztás és gázkibocsátás jelentős részét képezi, így még a légellenállás enyhe csökkentése is jelentős hatást gyakorolna a világra”-mondta Kim a tanulmány mögött meghúzódó hosszú távú motivációkról.
a kutatók egy 13 méteres motorcsónak alsó részét egy tesztágyra cserélték. Ez magában foglalta a hitelkártya méretű szilícium ostya egyedi tervezésű mikroszkopikus hornyokkal, amelyek egytized milliméter mélységben futnak hosszában a menetiránytól. A hornyokat Teflonnal kezelik a víz visszaszorítására,egymástól egy tized milliméter távolságra.
úgy tervezték, hogy maximalizálja a levegő csapdázását, szuperhidrofób felületük 30% – kal csökkentette a súrlódást a kísérletek során. A teszteket nyílt tengeren végezték 6-12 mérföld / óra sebességgel. Az UCLA vizsgálatáig egy szuperhidrofób felületet soha nem erősítettek meg, hogy csökkentse az ellenállást egy reális nyíltvízi környezetben.
“a fő kihívás számunkra az volt, hogy dolgozzon ki egy kísérletet, amely képviseli a valós körülmények előtt álló hajó, miközben egy kis mintát tudunk előállítani az iskola kutatólaboratóriumában,” mondta Kim, aki szintén a UCLA Volgenau felruházott elnöke mérnöki. “Mivel semmi ilyesmi nem létezett, mindent magunknak kellett fejlesztenünk.”
a hajótest egy kis részének utólagos felszerelése és a kísérletek rögzítésére szolgáló víz alatti kamerarendszer kifejlesztése mellett a csapatnak létre kellett hoznia egy kompakt áramlásérzékelőt is, egy hároméves fejlesztési folyamatot, amely saját publikált tanulmányt eredményezett.
Kim számára a sikeres demonstráció sokéves kutatást eredményezett. Csoportja már dolgozik a szuperhidrofób felület gyártásán, hogy a hajó teljes alját lefedje további kísérletekhez. A hajók és hajók mellett Kim azt mondta, hogy a felület a csöveken átfolyó folyadékok súrlódásának csökkentésére is használható.
a tanulmány vezető szerzője az UCLA Gépészmérnöki doktori diplomás muchen (Mitch) Xu volt. A szerzők között volt Andrew Grabowski, Ning Yu, Gintare Kerezyte és Jeong-Won Lee — az UCLA mikro-és Nanogyártó Laboratóriumának jelenlegi vagy korábbi tagjai, amelyet Kim irányít, valamint Byron Pfeifer, az UCLA tengeri vízi központ technikusa.
a tanulmányt a védelmi fejlett kutatási projektek Ügynöksége (DARPA), a Nemzeti Tudományos Alapítvány (NSF) és a Haditengerészeti Kutatási Hivatal (ONR) támogatta.