Repülőgépek és hajók cápabőrben

A minta a természetből jött. A gyorsan úszó cápák pikkelyei úgy épülnek fel, hogy jelentősen csökkentik a test az áramlási ellenállását. Repülőgépek esetében egy hasonló bevonattal évente 4,48 millió tonna üzemanyagot lehetne megtakarítani. De van egy probléma: a cápabőr elvét egy olyan festékbe kell beépíteni, amely képes kiállni a repülés során fellépő extrém körülményeket: hőmérsékletingadozás -55-től +70 Celsius fokig, erős UV sugárzás és nagy sebesség.

Cápapikkelyek nanostruktúrája (©NASA/Ames)

A brémai Fraunhofer Gyártástechnológiai és Alkalmazott Anyagkutatási Intézet munkatársainak - Yvonne Wilke, Volkmar Stenzel és Manfred Peschka - sikerült kifejleszteniük az aerodinamikai ellenállást csökkentő festékhez a gyártási eljárást is. A teljesítményükért a kutatócsapatot a Joseph-von-Fraunhofer-Preis 2010 díjjal tüntették ki.

A festék alapvető alkotóelemei azok a nanorészecskék, amelyek azért felelnek, hogy a bevonat tartósan ellenálljon az UV sugárzásnak, a hőmérsékletingadozásnak és a mechanikai terhelésnek.

„A festéknek több előnye is van, ugyanis legkülső rétegként kerül fel a repülőgépre, így nem szükséges további anyagot felvinni. Nem okoz járulékos súlytöbbletet és a repülőgép levetkőztetése esetén - kb. minden öt évben a festéket teljesen el kell távolítani és a gépet újra kell festeni - sem igényel többlet ráfordítást. Ezen kívül probléma nélkül lehet háromdimenziósan görbült felületekre is felvinni.” - magyarázta Stenzel.

De hogyan lehet kivitelezni a festést a gyakorlatban, gyártási méretekben is? „A megoldásunk lényege az, hogy a festéket nem közvetlenül, hanem egy matricán keresztül visszük fel. Ez adja a festéknek a cápabőr struktúrát.” - mondta Peschka. „Különösen nagy kihívás volt, hogy a folyékony festéket megfelelő vékony rétegben vigyük fel a matricára. Közben arra is kellet ügyelni, hogy az UV besugárzás után, ami a száradáshoz kell, egyenletesen váljon le az alátétről.”

A festékrendszert hajóknál is be lehet vetni: A csapat a falsúrlódást egy hajóépítő vállalattal közösen lefolytatott kísérletben több mint 5%-kal tudta csökkenteni. Ez egy évre kiszámítva, egy nagy teherhajó esetében, 2000 tonnányi üzemanyag megtakarítási potenciált jelent.

A tengeri alkalmazásoknál további nehézséget jelent, hogy a hajótörzseket kagylók és algák népesítik be. A kutatók két megoldáson is dolgoznak. „Egy lehetőség az, hogy a festéket úgy építjük fel, hogy a tengeri organizmusok nem tudnak megtapadni a felületen. A másik megoldás egy vegyület beépítése, amely távol tartja a kagylókat, de ugyanakkor nem ártalmas a környezetre.” - magyarázta Wilke.

Az üzemanyag megtakarítási lehetőségeken túl további érdekes alkalmazások is a célkeresztbe kerülhetnek, például a szélerőművek. Ebben az esetben is negatívan hat a lapátok aerodinamikai ellenállása. Az új festék növelheti a berendezések hatásfokát.

Forrás: www.scinexx.de

Ritzinger György