Современные авиалайнеры – это одно из величайших достижений инженерной мысли. Они способны всего за несколько часов доставить пару сотен человек на другой конец планеты. Однако быстрое перемещение массы народа на такое расстояние требует значительного количества энергии. Иначе говоря, топлива, сжигание которого отвратительно сказывается на климате планеты. Авиаконструкторы делают все возможное, чтобы снизить объем потребляемого самолетами горючего, и иногда подсматривают решения в живой природе.
Для начала попробуем получить представление о масштабах данной проблемы. «Боинг-737», который считается самым распространенным авиалайнером в мире, сжигает примерно литр топлива в секунду.
Boeing 737
Каждый год самолеты совершают около 40 миллионов рейсов. Уже этих грубых значений достаточно для понимания того, что авиация потребляет огромное количество горючего.
По некоторым оценкам, на её долю авиации приходится около 2.5% выбрасываемого человечеством в атмосферу углекислого газа. При этом надо осознавать, что самолеты доставляют загрязнители на довольно приличную высоту, где те наиболее опасны. Но все это означает также, что даже незначительные усовершенствования, вроде снижения веса летательных аппаратов или уменьшения их лобового сопротивления, способны дать внушительный итоговый эффект.
Аэроакула
Одним из способов уменьшения расхода топлива считается улучшение обтекаемости самолетов. В поисках дальнейшего совершенствования этой характеристики конструкторы обратились к акулам, которые славятся изяществом своих силуэтов. Кожа этих хищников покрыта огромным количеством крошечных чешуек, накладывающихся друг на друга. А у видов, приспособленных к стремительному плаванию (акулы-молоты, мако, галапагосские акулы), чешуйки прорезаны ещё и бороздками, которые проходят вдоль всего туловища от носа до хвоста. Эти каналы заметно снижают сопротивление воды.
Фото чешуек кожи акулы под микроскопом
Принято думать, что наибольшей обтекаемостью обладает совершенно гладкая поверхность, но для гидродинамики, которая по праву считается сложной наукой, это было бы слишком банально. Проносясь вдоль плоской поверхности, жидкость образует завихрения, забирающие энергию. Акульи бороздки выравнивают поток, позволяя предотвратить формирование этих спиралей. Кроме того, они отталкивают те из них, которые образуются дальше от туловища животного.
Изучив под микроскопом структуру акульей кожи, немецкие инженеры разработали материал, который получил название «AeroSHARK» (аэроакула). Это полимерная пленка с крошечными канавками, выступающими всего на 0.05 мм, то есть примерно на ширину человеческого волоса.
Авиакомпания «Lufthansa» уже нанесла это покрытие на нижнюю часть десяти своих грузовых самолетов. Считается, что это позволит снизить потребление топлива примерно на 1%. Вроде бы совсем немного, но в сумме это почти 3700 тонн горючего в год всего для 10 самолетов, при этом количество выбросов ими CO2 сократится на 11700 тонн в год Также о намерении использовать AeroSHARK заявила авиакомпания SWISS, которая планирует нанести его на 12 своих Boeing 777
Гуси, гуси…
Тем временем, инженеров компании «Airbus» вдохновили V-образные клинья, выстраивающиеся некоторыми перелетными птицами. Установлено, что как под гусями в стае, так и под рассекающими воздух самолетами возникают завихрения, внешняя часть которых создает по бокам от себя подъемную силу. Ею при надлежащем умении может воспользоваться следующий позади партнер.
Авиапроизводитель провел испытательный перелет из французской Тулузы в канадский Монреаль, в ходе которого выяснилось, что самолет, летевший в паре километров за напарником, израсходовал на 5% меньше топлива, чем обычно.
Самое замечательное в этой стратегии то, что для её применения не нужны новые самолеты или дорогостоящие модернизации – требуется всего лишь хорошая связь и мастерство пилотов. В дальнейшем можно будет рассчитывать расписание рейсов таким образом, чтобы как минимум два из них совпадали по времени. «Airbus» надеется приступить к внедрению этого метода в 2025 году.
Изобретения, подсмотренные в живой природе, являются лишь небольшой частью бесконечной череды улучшений, находящих применение в авиации. Каждое из них может показаться незначительным, но совместный их эффект бросается в глаза. С семидесятых годов прошлого века потребление самолетами горючего на километр пути снизилось на 41%. Но в той связи, что общее количество перелетов продолжает постоянно увеличиваться, останавливаться на этом пути ни в коем случае нельзя.
