Главная » Научные открытия » Метаматериалы научили «выключать» следы объектов в воде

Метаматериалы научили «выключать» следы объектов в воде

Опубликовано: 2017-12-12

Метаматериалы научили «выключать» следы объектов в воде

Физики разработали оболочку, которая за счет магнитогидродинамических эффектов позволяет полностью подавлять все возмущения потока воды вокруг движущихся объектов. В работе, опубликованной в Physical Review E, ученые также предложили способ создания такого устройства, которое может оказаться полезным для кораблей и самолетов.

Для снижения гидродинамического сопротивления вокруг движущегося объекта обычно пытаются создать воздушную прослойку. Если кроме снижения сопротивления необходимо не нарушить ламинарность потока и подавить возмущения жидкости (то есть сделать так, чтобы движущееся тело не оставляло после себя никакого следа, например, в целях маскировки), требуется немного другой механизм. Движущееся тело за счет дополнительных сил разгоняет тонкий слой жидкости вокруг себя, приравнивая ускорение жидкости к ускорению самого тела. Однако изначальная концепция работы такого устройства, основанная на сложной системе насосов, оказалась довольно сложной для практической реализации.

Дин Калвер (Dean Culver) и Ярослав Уржумов (Yaroslav Urzhumov) из Университета Дьюка в США предложили вместо чисто гидродинамического механизма использовать для воздействия на насыщенную ионами жидкость электромагнитные поля. С помощью численного моделирования ученые рассмотрели движение в проводящей жидкости цилиндра, покрытого дополнительным магнитогидродинамическим слоем. Этот слой состоял из массива отдельных элементов, которые за счет силы Лоренца оказывали воздействие на заряженные частицы в жидкости и таким образом придавали ей дополнительное ускорение.

При довольно небольших скоростях удается полностью погасить возмущения, так что за пределами внешнего магнитогидродинамического слоя возмущения абсолютно незаметны. Кроме того, поток вокруг тела становится полностью ламинарным, и все турбулентности тоже подавляются. При больших скоростях, некоторые возмущения распространяются вокруг тела на небольшое расстояние, но при этом при изменении скорости для подавления возмущений не нужно перестраивать конфигурацию системы: одна и та же конфигурация работает в широком диапазоне скоростей, если скорость достаточно большая.

Для того, чтобы снизить гидродинамическое сопротивление объектов обычно стараются снизить долю контакта самого движущегося объекта с жидкостью. Одним из способов сделать это — создание вокруг объекта прослойки газа. На этом принципе основано, например, действие кавитатора в головной части торпед или патронов для подводной стрельбы. Подобный механизм используют и объекты с супергидрофобным покрытием на поверхности. Однако в любом из этих случаев движущееся тело не позволяет избавиться от возмущения потока жидкости или газа вокруг себя.

Александр Дубов

N+1