Uçaklar ve Köpekbalıkları Bilim - Teknoloji

Uçaklar ve Köpekbalıkları

Havada hareket eden bir araç yapabilmek için hep havayı mı incelemeliyiz? Uçmak konusunda çok yetkin olan canlılardan ilham alan çalışmalar da, yüzmek konusunda uzmanlaşmış canlıları işin içine katan çalışmalar da bizi en kısa sürede uzak mesafelere taşıyan uçakların tasarımına yardım etmekte. Akışkanlara karşı koyan her canlı uçaklar için bir örnek teşkil etmekte. Evrim ile ilgilenen biyologlar ve mühendislik alanındaki akademislerden oluşan bir araştırma grubu okyanustaki en hızlı köpekbalıklarından biri olan Sivriburun Camgöz’ün (Shortfin Mako) dış derisindeki yapıları incelemeye karar vermişler.

Akışkanların içerisinde hareket eden araçların hızlı gidebilmesi için kaldırma (lift) kuvvetinin yüksek sürüklenme (drag) kuvvetinin ise az olmasını isteriz. Bu amaçla üretilmiş olan dinamik sistemler iyi bir iş çıkarsalar da; çalışmaları için gerekli olan ekstra güçten ötürü olası pasif sistemleri optimize etmek çoğumuzun bildiği pasif tasarımların ön plana çıkmasını sağlamıştır. Arabalara takılan spoiler, uçak kanatlarının yukarıya doğru kıvrılmış uçları en popüler örnekler olarak verilebilinir. İşte Sivriburun Camgöz burada devreye girmekte. Yapılan araştırmaya göre köpekbalığının derisinin üzerinde bulunan mikro boyutlardaki (~200µm) yapıların geometrisi sayesinde kaldırma kuvvetini arttırdığı ve sürüklenme kuvvetini ise azalttığı ortaya çıkmış.

(a) Sivriburun Camgöz’ün derisindeki yapıların çevresel tarama elektron mikroskobu ( Environmental scanning electron microscope, ESEM) ile görüntülenmesi. (ölçek çubuğu: 200µm) (b) Bu yapılardan esinlenerek ortaya çıkarılan tasarım (c,d) NACA0012 kanadı üzerine farklı şekillerde yerleştirilen tasarımlar (e) 20 değişik geoometride tasarlanan yapılar aynı şekilde test edildi.

Farklı geometrilerde tasarlanan kopyalanmış yapılar 3D yazıcı ile üretilmiş ve parçacık görüntüleme velosimetresi (Particle Image Velocimetry , PIV) yöntemi ile testlere tabii tutulmuşlar. En iyi sonuç veren tasarım, hücüm açısının 4 dereceden düşük olduğu açılarda hali hazırda var olan tasarımlara göre çok daha iyi performans göstermiş. Bu geometrinin yararını iyi kavrayabilmek amacıyla araştırmacılar seçilen tasarımı 3 boyuttan 2 boyuta indirerek basitleştirmiş ve onu da test etmişler. Düşük açılarda biraz daha yüksek performans gösterse de yüksek hücüm açılarında bu avantajını yitiren ve 2 boyutlu tasarım üçüncü bir geometrinin araştırılmasına önayak olmuş. Ayrı ayrı yapıları yan yana koymaktansa; art arda gelen çıkıntılara sahip olan bir tasarımı deneyen bilim insanları, düşük hücüm açılarında var olan tasarımlara oranla %323 daha iyi performans sergilediğini gözlemlemişler.

Uçaklarda, helikopterlerde, dronelarda ve rüzgar tribünlerinde kullanılabilinecek bu tasarım ve daha bir çok biyomimikrik çalışma sonucunda havacılık alanında çok daha iyi araçlar üreteceğimiz çok açık. Doğaya yakınsamaya daha yeni yeni başlıyoruz, ileride bizleri neler bekliyor kim bilir?

Ana Görsel: https://semanticmarmot.files.wordpress.com/2014/05/sharkplane.jpg

Yazıda Kullanılan Görseller:

http://rsif.royalsocietypublishing.org/content/royinterface/15/139/20170828/F1.large.jpg?width=800&height=600&carousel=1

http://rsif.royalsocietypublishing.org/content/royinterface/15/139/20170828/F10.large.jpg?width=800&height=600&carousel=1

Kaynakça:

http://rsif.royalsocietypublishing.org/content/15/139/20170828

https://www.seas.harvard.edu/news/2018/02/using-shark-scales-to-design-better-drones-planes-and-wind-turbines

 

İlgili Yazılar