Что позволяет акуле развивать в воде поистине умопомрачительную скорость, достигающую 80 километров в час? Ответ известен: особая поверхностная микроструктура акульей кожи. Ученые выяснили это уже более двух десятков лет назад, и с тех пор инженеры не оставляют попыток воспроизвести это чудо природы искусственно. При этом их основные усилия были сосредоточены на разработке соответствующего рулонного материала - пленки или фольги.

Пленки проблему не решают

Но какой бы удачной ни была имитация микроструктуры акульей кожи, сам по себе рулонный материал имеет ряд существенных недостатков, - говорит Фолькмар Штенцель (Volkmar Stenzel), научный сотрудник Института производственных технологий и прикладного материаловедения Общества имени Фраунгофера в Бремене: "А именно, такие пленки не могут обеспечить покрытие объектов с пространственно-искривленной поверхностью. Возьмите для примера мяч: оклеить его пленкой так, чтобы не было складок и морщин, не получится. Есть и еще одна проблема: пленка - это дополнительный вес, и немалый. Поэтому мы решили, что наиболее эффективным техническим решением будет специальная краска".

Краска, разработанная Фолькмаром Штенцелем и его коллегами, тоже, конечно, имитирует поверхностную структуру акульей кожи. Под микроскопом такое покрытие выглядит как равномерный гористый ландшафт - вернее, холмистый, то есть без острых вершин и глубоких ущелий. Одна из разработчиц - Ивонна Вильке (Yvonne Wilke) - поясняет: "Это своего рода треугольные структуры, то есть что-то вроде маленьких чешуек пирамидальной формы. Невооруженным глазом их, конечно, не видно, но если провести ногтем по такой поверхности, она издает специфический звук".

Секрет успеха - в наночастицах и рифленой матрице

Понятно, что такое покрытие может найти широкое применение, прежде всего, в самолето- и судостроении. Ясно также, что это предъявляет высокие требования к эксплуатационным характеристикам краски с пониженным сопротивлением обтеканию, ведь ей предстоит выдерживать высокие механические нагрузки, интенсивное ультрафиолетовое облучение и температурные колебания в очень широких пределах - от -55 до +70 градусов . Поэтому в состав краски входят наночастицы, повышающие ее устойчивость к воздействию окружающей среды.

Но состав - это еще не все. Бременские ученые разработали также технологию нанесения такого покрытия. Свою специфическую поверхностную структуру слой краски обретает благодаря специальной рифленой матрице, на которую он изначально наносится. Матрица напрессовывается на подлежащую обработке поверхность - корпус судна или фюзеляж самолета, - а затем, после отверждения краски, удаляется.

Экономия - 4,5 миллиона тонн в год

Испытания прошли успешно, - говорит Фолькмар Штенцель: "Эффект состоит в том, что трение в пристенном течении, то есть в пограничном слое между твердой поверхностью и водой или воздухом, заметно уменьшается. Наша краска позволяет снизить трение на 6 процентов, что в пересчете на расход авиационного керосина означает экономию в 1,5-2 процента. На первый взгляд, цифра вроде бы скромная, но на самом деле, это очень много".

Действительно, в мировом масштабе экономия составила бы 4,5 миллиона тонн керосина в год. Это сделало бы вполне рентабельным переход на новую краску, пусть она и дороже обычной в 2-3 раза. К тому же, по мнению разработчиков, у их краски найдутся и иные сферы применения. "Например, мы видим большой потенциал в области ветроэнергетики, - говорит Фольмар Штенцель. - Ведь то же самое трение, которое тормозит самолет и увеличивает расход авиационного горючего, тормозит и лопасти ветроустановок, снижая их эффективность. Мы надеемся, что наша краска поможет повысить коэффициент полезного действия ветрогенераторов".

Бременские инженеры надеются, что уже через три года их разработка появится на рынке.

Автор: Владимир Фрадкин
Редактор: Ефим Шуман