Innowacyjna powłoka opracowana przez naukowców z Cambridge może sprawić, że turbiny wiatrowe, wentylatorki komputerowe, a nawet samoloty będą się poruszać dużo ciszej. Inspiracją dla nowej technologii stały się skrzydła bezszelestnego nocnego łowcy – sowy.
Fot. m01229 / Foter.com / CC BY
Mniejszy poziom hałasu w przypadku turbin wiatrowych to także więcej energii. Obecnie bowiem wiatraki są celowo spowalniane, aby nie były zbyt głośne. Jeśli uda się je wyciszyć przy pomocy specjalnej powłoki, będą się kręcić szybciej i generować więcej prądu. Dla średniej wielkości farmy wiatrowej oznacza to dodatkowe kilka megawatów mocy.
Powłoka opracowana została przez naukowców z University of Cambridge we współpracy z badaczami z trzech innych amerykańskich instytucji. Na czele zespołu badawczego stanął profesor Nigel Peake z Wydziału Matematyki Stosowanej i Fizyki Teoretycznej Uniwersytetu Cambridge.
Unikatowa struktura sowich piór
Specjalna struktura, jaką posiadają sowie skrzydła, to dar od ewolucji. Ponieważ ptaki te polują w głębokiej nocnej ciszy, muszą się poruszać niemal bezszelestnie, aby nie spłoszyć ofiary. Naukowcy postanowili sprawdzić, co sprawia, że lot sowy jest tak cichy.
Przy pomocy mikroskopii o wysokiej rozdzielczości Peake i jego zespół zbadali strukturę sowich piór. Analiza wykazała, że lotki tego ptaka są pokryte puszkiem, który widziany z góry tworzy kopułę na wzór koron leśnych drzew. Oprócz tego puchatego baldachimu pióra na całej długości pokryte są równomiernie rozmieszczonymi maleńkimi włoskami (na krawędzi natarcia) oraz strukturami przypominającymi elastyczne frędzle (na krawędzi spływu).
Jak zapewnia prof. Peake, żaden inny ptak nie posiada piór o tak charakterystycznej strukturze. Hałas powodowany przez skrzydła to przede wszystkim wina powietrza na krawędzi spływu, które wpada tam w turbulencje. Specyficzna budowa piór sowy sprawia natomiast, że przepływ powietrza jest płynny i dzięki temu bezszelestny.
O 10 dB mniej
Znając strukturę zewnętrznej warstwy skrzydeł sowy naukowcy zabrali się za opracowywanie powłoki, która by ją naśladowała. Na początku zastosowali warstwę podobną do tej, którą powleka się welony ślubne. Sprawdziła się ona jako materiał wyciszający – udało jej się obniżyć poziom hałasu aż o 30dB – ale ponieważ nie nadawała się do zastosowania na turbinach wiatrowych i samolotach, rozpoczęto prace nad podobnym, ale bardziej praktycznym w zastosowaniu materiałem.
Ostatecznie zaproponowano strukturę z tworzywa sztucznego otrzymaną na podłożu metodą drukowania 3D. Przetestowano ją w tunelu powietrznym, na rzeczywistych rozmiarów łopatkach turbiny wiatrowej. Okazało się, że powłoka pozwoliła obniżyć poziom hałasu o 10dB, nie zmieniając w żaden sposób właściwości aerodynamicznych obiektu.
Powłoka oczywiście wymaga jeszcze optymalizacji, a jej zastosowanie na skrzydle samolotu będzie dużo bardziej skomplikowane. Jest to jednak zdecydowanie technologia o dużym potencjale. Póki co naukowcy planują przetestować strukturę w rzeczywistych warunkach – na turbinach w działających elektrowniach wiatrowych.
Źródło: University of Cambridge
