UCLA inženýři vyvinout vůbec první Drag-redukce Technologie pro lodě
kreditní karty velikosti „superhydrofobní“ povrch má mikroskopické drážky, které zachycují vzduch a snižují tření vody o 30%.
výzkumný tým z UCLA Samueli School of Engineering prokázal, že speciálně navržený povrch je schopen snížit tření z tekoucí vody téměř o třetinu. Stalo se tak při vůbec prvním úspěšném testu lodí na otevřené vodě v kalifornském Marina Del Rey.
ve studii publikované v Physical Review Applied vědci tvrdí, že povrch vzorku by mohl být nakonec zvětšen tak, aby pokryl trupy lodí a lodí, aby jim pomohl proříznout vodu s menším odporem.
„účinek je podobný vzdušnému hokejovému puku, který se snadno sklouzne přes stůl,“ řekl vedoucí studie Chang-Jin “ CJ “ Kim, významný profesor strojírenství a leteckého inženýrství na UCLA Samueli. „Snížení odporu by vedlo ke snížení spotřeby a emisí námořního paliva.“
myšlenka použití neobvykle vodoodpudivého nebo“ superhydrofobního “ povrchu na lodních trupech existuje asi dvě desetiletí, přičemž koncept ukazuje počáteční slib v laboratorních experimentech. Místo toho, aby tekla přímo přes pevný povrch, voda by proudila přes malý film vzduchu zachyceného mezi vodou a superhydrofobním povrchem.
„bylo prokázáno, že superhydrofobní povrchy udržují tenký film vzduchu, nazývaný plastron, během experimentů s vodním kanálem v mnoha laboratořích,“ řekl Kim. „Tento plastron by však nevysvětlitelně zmizel, kdyby byly stejné povrchy testovány v otevřené vodě mimo laboratoř. Hlavní průlom hlášený v naší studii je, že se nám podařilo udržet plastron během terénních testů a potvrdilo se snížení odporu na lodi ve vodě na otevřeném moři.“
globální studie odhadují, že námořní nákladní lodě představují asi 12% světové spotřeby energie v dopravě a asi 15% globálních emisí oxidu dusného a oxidu siřičitého.
“ třecí odpor plavidel představuje významné části globální spotřeby energie a emisí plynu, takže i mírné snížení odporu by přineslo významný dopad na svět,“ řekl Kim, o dlouhodobých motivacích studie.
vědci nahradili malou část spodní strany 13-noha motorového člunu s testbed. Obsahovala křemíkovou oplatku velikosti kreditní karty s mikroskopickými drážkami navrženými na zakázku, které jsou v hloubce jedné desetiny milimetru podélně od směru jízdy. Drážky jsou ošetřeny teflonem, aby odpuzovaly vodu, a jsou od sebe vzdáleny jednu desetinu milimetru.
navržen tak, aby maximalizoval zachycení vzduchu, jejich superhydrofobní povrch vedl k 30% snížení tření během experimentů. Testy byly prováděny na otevřené mořské vodě rychlostí mezi 6 a 12 mil za hodinu. Až do této studie UCLA, superhydrofobní povrch nebyl nikdy potvrzen, aby snížil odpor v realistickém prostředí otevřené vody.
„hlavní výzvou pro nás bylo vyvinout experiment, který by představoval skutečné podmínky, kterým čelí loď, při použití malého vzorku, který můžeme vyrobit ve výzkumné laboratoři školy,“ řekl Kim, který je také předsedou UCLA Volgenau. „Protože nic takového neexistovalo, museli jsme vše sami rozvíjet.“
kromě dovybavení malé části trupu lodi a vývoje podvodního kamerového systému pro zaznamenávání experimentů musel tým také vytvořit kompaktní snímač průtoku, tříletý vývojový proces, který vyústil v jeho vlastní publikovaný dokument.
pro Kima úspěšná demonstrace vyvrcholila mnohaletým výzkumem. Jeho skupina již pracuje na výrobě superhydrofobního povrchu, který pokryje celou spodní stranu lodi pro další experimenty. Kromě lodí a lodí, Kim řekl, že povrch by mohl být také použit ke snížení tření kapalin protékajících potrubím.
hlavním autorem studie byl UCLA strojírenství doktorand MUCHEN (Mitch) Xu. Dalšími autory byli Andrew Grabowski, Ning Yu, Gintare Kerezyte a Jeong-Won Lee – všichni současní nebo bývalí členové mikro a Nano-výrobní laboratoře UCLA, kterou Kim řídí, a Byron Pfeifer, technik v mořském vodním centru UCLA.
studie byla podpořena agenturou Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA), Národní vědeckou nadací (NSF) a Úřadem pro námořní výzkum (ONR).