Журнал «Юный техник» - Юный техник, 2010 № 11

Совершенно неожиданно, казалось бы, стал полезен вихрь и сотрудникам лаборатории перспективных разработок Института атомной энергии имени И. Курчатова под руководством профессора Г.И. Кикнадзе, перед которыми стояла задача улучшить охлаждение урановых стержней в ядерных реакторах. Впрочем, за решением ученых стоял строгий расчет. Дело в том, что в пограничном слое, как мы уже сказали, происходит перераспределение энергии, благодаря чему температура вихря падает. А потому, если запустить рукотворный вихрь внутри реактора, его охлаждение можно значительно улучшить.

Как это сделать? Ясно, что вихри образуются в тех случаях, когда поверхность обтекания недостаточно гладкая. Это, например, хорошо знают аэродинамики. И до недавнего времени они старались как можно тщательнее «зализывать» все обводы летательных аппаратов, отполировывать их обшивку.

Однако — удивительное дело! — исследования показали, что во многих случаях и улучшать обтекание можно, делая на поверхности заранее выверенные неровности, что-то вроде «акульей кожи». Новинку испробовали сначала на судах, скорость которых из-за уменьшения забортного трения сразу резко возросла. Подобные покрытия начали испытывать и в авиации. И вновь обнаружили положительный эффект.

Но в авиации — огромные поверхности, в реакторе же площади несравнимо меньше. А потому потребовались эксперименты. Пробуя разные варианты, в лаборатории создали тонкостенную оболочку с особым рельефом — на стенки нанесли «поклёвки» (так иногда называют вмятины на металле, образованные словно бы птичьим клювом). В этих лунках стали образовываться микровихри, которые уносили тепло намного быстрее и интенсивнее обычного.

В том сотрудники лаборатории Иван Гачечиладзе и Юрий Чушкин убедились, проведя видеосъемку вихрей.

Используя приобретенный опыт, физики испробовали новинку и для улучшения охлаждения турбореактивного двигателя для аэробуса Ил-86, опять-таки «посадив» рукотворные смерчи в каналы охлаждения лопаток турбин. Интенсивность охлаждения выросла более чем в 3,5 раза, увеличилась и взлетная тяга самолета.

Вместе с талантливым физиком-теоретиком Юрием Красновым, который сейчас живет и работает в США, исследователям удалось найти общую методику расчетов вихрей. Для этого им пришлось решить для нового класса потоков уравнения Навье — Стокса: систему дифференциальных уравнений, описывающих движение вязкой жидкости.

Между прочим, это одна из тех семи задач, за решение каждой из которых Математический институт Клэя (США) назначил премию в миллион долларов, такую же, как за доказательство гипотезы Пуанкаре.

В данном случае на основании новой теории было получено множество патентов на разные технические устройства. Оказалось, если микролунки нанести на обводы судов, микровихри можно сразу же утихомирить; при этом, как уже говорилось, резко возрастет скорость кораблей и эффективность двигателей. То же самое происходит с лопастями ветрогенератора и обычного вентилятора. И обшивкой летательного аппарата. И с шапочкой пловца или шлемом горнолыжника… В общем, с любым объектом, который движется в потоке газа или жидкости.

Правда, при этом необходимо очень точно рассчитывать диаметр лунок, их кривизну, расстояние между ними. Но это, собственно, и есть российское ноу-хау, которое теперь продается во многие страны мира. Например, недавно наши физики помогли строителям сверхскоростных европейских поездов. У тех обнаружился немалый дефект. При скоростях в 250–300 км/ч на вылете из тоннелей боковые воздушные потоки просто сбрасывают поезд с рельсов. Приходится снижать скорость… А вот если нанести на поверхность поезда лунки-вмятины, сопротивление поезда воздушным потокам снижается сразу на 20 %. Это показали исследования, проведенные в аэродинамической трубе.

ДРУЖБА ПРОДЛЕВАЕТ ЖИЗНЬ. Во всяком случае, эта истина оказалась верна для стаи павианов, сообщает журнал Current Biology . Американские ученые с 2001 по 2007 год наблюдали за 44 обезьянами, обитающими в заповеднике в Ботсване, оценивая, кто из обезьян сколько времени проводит в общении друг с другом. При этом выяснилось, что одиночки в среднем живут от 7 до 18 лет, в то время как социально активные обезьяны — от 9 до 25 лет. Разница объясняется очень просто: в группе легче вовремя заметить опасность, проще прокормиться и уследить за детенышами.