inginerii UCLA dezvoltă prima tehnologie de reducere a Dragului pentru bărci
suprafața „superhidrofobă” de dimensiuni ale cardului de Credit are caneluri microscopice care captează aerul și reduc frecarea apei cu 30%.
o echipă de cercetare de la școala de inginerie UCLA Samueli a demonstrat că o suprafață special concepută este capabilă să reducă frecarea din apa curgătoare cu aproape o treime. Acest lucru a fost făcut într-un prim test de succes cu barca pe apă deschisă în Marina Del Rey, California.
într-un studiu publicat în Physical Review Applied, cercetătorii spun că suprafața eșantionului ar putea fi în cele din urmă extinsă pentru a acoperi corpurile bărcilor și navelor pentru a le ajuta să taie apa cu o rezistență mai mică.
„efectul este similar cu un puc de hochei pe aer care alunecă ușor peste masă”, a declarat liderul studiului Chang-Jin” CJ ” Kim, profesor distins de inginerie mecanică și aerospațială la UCLA Samueli. „Scăderea rezistenței ar duce la reducerea consumului de combustibil maritim și a emisiilor.”
ideea de a folosi o suprafață neobișnuit de hidrofugă sau „superhidrofobă” pe corpurile bărcilor a existat de aproximativ două decenii, conceptul arătând promisiunea inițială în experimentele de laborator. În loc să curgă direct pe o suprafață solidă, apa ar curge peste un mic film de aer prins între apă și suprafața superhidrofobă.
„suprafețele superhidrofobe s-au dovedit a menține o peliculă subțire de aer, numită plastron, în timpul experimentelor canalului de apă în multe laboratoare”, a spus Kim. „Cu toate acestea, acest plastron ar dispărea inexplicabil atunci când aceleași suprafețe au fost testate în apă deschisă în afara laboratorului. Principala descoperire raportată în studiul nostru este că am reușit să menținem plastronul pe tot parcursul testelor de teren și am confirmat reducerea rezistenței pe o barcă în apă de mare deschisă.”
studiile globale au estimat că navele de marfă oceanice reprezintă aproximativ 12% din consumul mondial de energie pentru transport și aproximativ 15% din emisiile globale de gaze cu azot și oxid de sulf.
„rezistența la frecare a ambarcațiunilor constituie porțiuni semnificative din consumul global de energie și emisiile de gaze, astfel încât chiar și o ușoară reducere a rezistenței ar produce un impact semnificativ pentru lume”, a spus Kim, cu privire la motivațiile pe termen lung din spatele studiului.
cercetătorii au înlocuit o mică parte din partea inferioară a unei bărci cu motor de 13 picioare cu un pat de testare. A inclus o placă de siliciu de dimensiuni de card de credit, cu caneluri microscopice proiectate la comandă, care au o adâncime de o zecime de milimetru, care rulează longitudinal din direcția de deplasare. Canelurile sunt tratate cu Teflon pentru a respinge apa și distanțate la o zecime de milimetru.
concepute pentru a maximiza captarea aerului, suprafața lor superhidrofobă a dus la o reducere cu 30% a frecării în timpul experimentelor. Testele au fost efectuate pe apă de mare deschisă la viteze cuprinse între 6 și 12 mile pe oră. Până la acest studiu UCLA, o suprafață superhidrofobă nu a fost niciodată confirmată pentru a reduce rezistența într-un mediu realist în apă deschisă.
„principala provocare pentru noi a fost să dezvoltăm un experiment care să reprezinte condițiile reale cu care se confruntă o barcă în timp ce folosim un mic eșantion pe care îl putem produce în laboratorul de cercetare al școlii”, a spus Kim, care este, de asemenea, Catedra de inginerie înzestrată UCLA Volgenau. „Din moment ce nu exista așa ceva, a trebuit să dezvoltăm totul noi înșine.”
pe lângă modernizarea unei mici secțiuni a corpului bărcii și dezvoltarea unui sistem de camere subacvatice pentru a înregistra experimentele, echipa a trebuit să creeze și un senzor de debit compact, un proces de dezvoltare de trei ani care a dus la propria sa lucrare publicată.
pentru Kim, demonstrația de succes a culminat mulți ani de cercetare. Grupul său lucrează deja la fabricarea suprafeței superhidrofobe pentru a acoperi o întreagă parte inferioară a unei bărci pentru experimente ulterioare. Pe lângă bărci și Nave, Kim a spus că suprafața ar putea fi folosită și pentru a reduce frecarea lichidelor care curg prin conducte.
autorul principal al studiului a fost UCLA inginerie mecanică absolvent de doctorat Muchen (Mitch) Xu. Ceilalți autori au inclus Andrew Grabowski, Ning Yu, Gintare Kerezyte și Jeong-Won Lee — toți actuali sau foști membri ai Laboratorului de micro și Nano-producție UCLA, pe care Kim îl conduce, precum și Byron Pfeifer, tehnician la centrul acvatic marin UCLA.
studiul a fost susținut de Agenția pentru proiecte de cercetare avansată în domeniul apărării (DARPA), Fundația Națională pentru științe (NSF) și Biroul de Cercetări navale (ONR).