Кости лошади подали идею о новой конструкции самолета

Лошадь - классическая модель изящества и скорости на земле, стала для ученых Университета Флориды источником вдохновения для придания самолетам и космическим кораблям лучшей аэродинамики и большей эффективности полета.

Это достигается за счет снижения веса конструкции и увеличения ее прочности на базе одних и тех же материалов лишь благодаря отверстиям, просверленным в нужном месте и с нужным диаметром.
Группа инженеров Университета Флориды, изучив структуру костей лошади, нашли возможность – как сделать так, чтобы материалы, из которых изготавливаются корпуса самолетов и космических аппаратов, стали более прочными и в то же время более легкими.
Треть пяточной кости ноги лошади держит на себе всю нагрузку тела животного в процессе его передвижения. Одна сторона этой кости размером с огурец имеет круглые отверстия размером с горошину, по которым кровеносные сосуды снабжают кость питательными веществами. Отверстия естественно ослабляют структуру монолитной кости, заставляя ее ломаться под более легкими нагрузками, чем выдерживают монолитные твердые структуры.
И действительно, пясть лошади иногда ломается, особенно у скаковых пород лошадей, но вопреки этому, она никогда не ломается около этих круглых отверстий, даже когда кость подвергается колоссальным нагрузкам в лабораторных условиях.
Ученые Университета Флориды полагают, что они выяснили, почему так происходит. На базе этих исследований с нагрузками, которые выдерживает пясть лошади, они создали пластину с отверстиями, которая аналогично подражает странной прочности кости лошади и потенциально идеально подходит в качестве материала для самолетов и космических кораблей.
"Отверстия – это классический источник неудачно спроектированных структур, но природа нашла путь применить подобное в кости", сказал Эндрю Рапофф, доцент космических и механических разработок и ведущий исследователь этого проекта. "Мы нашли решение создать имитацию этой природной особенности."
Самолеты имеют отверстия для электропроводки, топливных и гидравлических линий. Подобные отверстия обычны в теплоходах, зданиях, автомобилях и фактически любой другой структуре, которая имеет функции связи и бытовых коммуникаций. Инженеры всегда учитывают и компенсируют слабость материалов, вызванную этими отверстиями, увеличивая толщину материала, покрывающего их. Недостаток этого подхода состоит в том, что подобные “компенсации” добавляют вес всей конструкции, что является особенно существенной проблемой для самолетов и космических кораблей, вес которых должен быть как можно меньше. Например, снижение веса самолета на один фунт экономит 10 фунтов топлива.
Инженеры анализировали структуру кости лошади вокруг отверстий с помощью микроскопии и микрорентгена и изучили микроскопический состав кости. В итоге им удалось вывести уравнение, описывающее свойства, придающие кости жесткость. На базе этого уравнения ученым удалось разработать компьютерную модель, которая подражает поведению кости под напряжением. А на базе экспериментов с подбором материалов и приданием им аналогичных свойств жесткости за счет отверстий, инженерам Университета Флориды удалось продвинуться в создании особо прочных и легких материалов.
Перспективой дальнейших исследований станет задача по проектировке таких отверстий, которые обеспечат конструкции минимальный вес и максимальную прочность. Источник: http://www.sciteclibrary.com/