Для достижения международных климатических целей выбросы углекислого газа от судоходства должны быть сокращены более чем на 50 процентов к 2050 году по сравнению с уровнем 2008 года. В настоящее время до 99 процентов мирового судоходства зависит от ископаемого топлива. Несмотря на то, что электричество может перевозить небольшие паромы на более короткие расстояния, электрификации более крупных и дальнемагистральных судов препятствуют ограничения дальности полета. Это означает, что потребность в новых энергоэффективных двигательных технологиях для судоходства является серьезной и неотложной.

Исследователи из Технологического университета Чалмерса, Швеция, первыми успешно продемонстрировали новый метод, который может проложить путь к значительному уменьшению воздействия судоходства на климат. Вдохновленные аэродинамической технологией, используемой в авиации, исследователи нашли способ снизить аэродинамическое сопротивление корабля на 7,5%. В результате повышается энергоэффективность и снижается расход топлива.

"Для нефтяного танкера, следующего из Саудовской Аравии в Японию, это означало бы сокращение расхода топлива примерно на десять метрических тонн", - говорит Кевей Сюй, постдок-исследователь в области морских технологий на факультете механики и морских наук в Чалмерсе. "Снижение аэродинамического сопротивления редко изучалось; наше исследование является одним из первых в своем роде".

Прокладывая путь для судов, работающих на ветряных двигателях

Этот уникальный метод особенно актуален для будущих перевозок с использованием энергии ветра. Ветроэнергетика сама по себе не является новой технологией; она бездействовала в течение десятилетий, и большой интерес к ней возобновился только в последние годы.

Судно с ветряной силовой установкой требует более эффективной аэродинамической конструкции, поскольку оно не обладает постоянной высокой выходной мощностью, как судно, работающее на ископаемом топливе. Ранее аэродинамический эффект не считался важным по сравнению с общим сопротивлением судна в воде. Но когда дело доходит до ветряных двигателей, метод исследователей может открыть новые возможности.

"В ближайшие несколько лет мы, вероятно, увидим корабли, сочетающие в себе ветряные и топливные двигатели. Но наша долгосрочная цель - сделать энергию ветра единственным источником энергии для грузовых судов и тому подобного", - говорит Кевей Сюй.

Эффект Коанды позволяет воздушному потоку прикрепляться к изогнутым поверхностям

Центральным элементом метода является устойчивый поток Эффект Коанды Это основано на тенденции жидкости стекать - подобно воде по тыльной стороне ложки - по изогнутой наружу поверхности (выпуклой), вместо того чтобы оттекать от нее.

В судоходстве одним из основных источников аэродинамического сопротивления является задняя часть судовой надстройки квадратной формы, выступающая из палубы. Новый метод, разработанный исследователями Чалмерса, вызывает эффект Коанды в этой области.

"Создавая конструкцию с выпуклыми краями на надстройке судна и позволяя сильно сжатому воздуху проходить через "струйные щели", эффект Коанды позволяет уравновесить давление воздуха на корпус судна. Это, в свою очередь, значительно снижает аэродинамическое сопротивление, делая судно более энергоэффективным", - говорит Кевей Сюй.

Метод, который может быть использован как на существующих, так и на вновь проектируемых кораблях, описан в исследовании исследователей Крупномасштабное вихревое моделирование управления воздушным потоком судна с устойчивым эффектом Коанды опубликовано в Физика жидкостей.

"Продемонстрировав, что наш метод может снизить аэродинамическое сопротивление на 7,5%, мы надеемся, что судоходная отрасль одобрит это решение как часть необходимого перехода к снижению выбросов", - говорит Кевей Сюй. "Наше исследование также указывает на большой потенциал для еще большего снижения лобового сопротивления за счет дальнейшей оптимизации".

Способ как мера повышения безопасности полетов вертолетов

Новый метод исследователей из Чалмерса также позволит вертолетам совершать более безопасные взлеты и посадки на кораблях. Турбулентность обычно возникает, когда поток воздуха стекает с надстройки судна, дестабилизируя вертолет. Поскольку пилотам необходимо приземляться или взлетать в очень точном месте на корабле, это сопряжено с серьезными рисками, и некоторые вертолеты действительно терпят крушение. В настоящее время для минимизации рисков на судне используются ограждения или адаптированная форма, но они не очень эффективны. Новый метод снижает турбулентность, поскольку он воздействует на ветер, стекающий за надстройку. Таким образом, это снизило бы риск несчастных случаев для вертолетов.

Эффект Коанды - в реактивных самолетах, кондиционерах и средствах для укладки волос

Эффект Коанды назван в честь румынского изобретателя Анри Коанды, который примерно в 1910 году первым признал практическое применение этого явления в конструкции самолетов. Сегодня этот эффект используется в реактивных самолетах, где аэродинамическая подъемная сила увеличивается по мере того, как реактивная струя "прилипает" к крылу. Эффект Коанды влияет на потоки воздуха и жидкости во многих различных контекстах, таких как кондиционирование воздуха. Это явление также нашло свое применение в парикмахерском искусстве, где оно используется в некоторых продуктах.

Подробнее об исследовании

Численные испытания проводились на модельном судне с использованием высокоточного моделирования CFD (вычислительная гидродинамика). Исследователи разработали технологию, включая геометрию и интенсивность струйного обдува. Тесты проводились в SNIC (Шведская национальная инфраструктура вычислительной техники) в Национальном суперкомпьютерном центре (NSC).