Du rotoriai apskritame inde, apsupti skysčio su burbuliukais, kurie padeda vizualizuoti srautus. Kairysis suktukas aktyviai sukamas varikliu (neparodytas), o dešinysis pasyviai sukasi dėl srautų. Nuotrauka: NYU Taikomosios matematikos laboratorija (NYU’s Applied Mathematics Laboratory)
Niujorko universiteto (New York University, NYU) mokslininkų komanda sukūrė krumpliaračių mechanizmą, kuris sukimuisi generuoti naudoja skysčius. Šis išradimas turi potencialo naujos kartos mechaniniams įrenginiams, kurie pasižymi didesniu lankstumu ir ilgaamžiškumu nei krumpliaračiai, kurių ištakos siekia senovės Kiniją.
Apie šį proveržį pranešama žurnale „Physical Review Letters“.
„Mes išradome naujo tipo krumpliaračius, kurie įsijungia sukdami skystį, o ne susikertančius krumplius, ir atradome naujų galimybių valdyti sukimosi greitį ir net kryptį“, – sako Jun Zhang, NYU ir NYU Šanchajaus matematikos ir fizikos profesorius ir vyresnysis straipsnio autorius.
Krumpliaračiai yra vienos seniausių mašinų dalių, datuojamos 3000 m. pr. Kr. Kinijoje, kur jie buvo naudojami dviračiuose vežimuose, skirtuose Gobio dykumai kirsti. Laikui bėgant, jie buvo panaudoti garsiajame Antikiteros mechanizme, kuris numatė astronomines planetų padėtis, taip pat vėjo malūnuose, laikrodžiuose ir dabar robotikoje.
Tačiau krumpliaračių dantys, nesvarbu, ar jie mediniai, metaliniai, ar plastikiniai, yra nelankstūs, todėl jie lengvai lūžta, dyla, ir turi idealiai susijungti, kad veiktų.
Skysčio pavaros sukasi be krumplių, suteikdamos naują mechaninį lankstumą
Du suktukai apskritame inde, apsupti skysčio su burbuliukais, kurie padeda vizualizuoti srautus. Kairysis suktukas aktyviai sukamas varikliu (neparodytas), o dešinysis pasyviai sukasi dėl srautų. Nuotrauka: NYU Taikomosios matematikos laboratorija (NYU’s Applied Mathematics Laboratory)
Niujorko universiteto (New York University, NYU) mokslininkų komanda sukūrė krumpliaračių mechanizmą, kuris sukimuisi generuoti naudoja skysčius. Šis išradimas turi potencialo naujos kartos mechaniniams įrenginiams, kurie pasižymi didesniu lankstumu ir ilgaamžiškumu nei krumpliaračiai, kurių ištakos siekia senovės Kiniją.
Apie šį proveržį pranešama žurnale „Physical Review Letters“.
„Mes išradome naujo tipo krumpliaračius, kurie įsijungia sukdami skystį, o ne susikertančius krumplius, ir atradome naujų galimybių valdyti sukimosi greitį ir net kryptį“, – sako Jun Zhang, NYU ir NYU Šanchajaus matematikos ir fizikos profesorius ir vyresnysis straipsnio autorius.
Krumpliaračiai yra vienos seniausių mašinų dalių, datuojamos 3000 m. pr. Kr. Kinijoje, kur jie buvo naudojami dviračiuose vežimuose, skirtuose Gobio dykumai kirsti. Laikui bėgant, jie buvo panaudoti garsiajame Antikiteros mechanizme, kuris numatė astronomines planetų padėtis, taip pat vėjo malūnuose, laikrodžiuose ir dabar robotikoje.
Tačiau krumpliaračių dantys, nesvarbu, ar jie mediniai, metaliniai, ar plastikiniai, yra nelankstūs, todėl jie lengvai lūžta, dyla, ir turi idealiai susijungti, kad veiktų.
Skysčių pagrindu sukurtų krumpliaračių alternatyvų tyrimas
Atsižvelgdamas į šiuos apribojimus, Zhangas ir jo kolegos – Leifas Ristrophas, matematikos docentas NYU Courant instituto Matematikos, skaičiavimo ir duomenų mokslo mokykloje, ir Jesse Etanas Smithas, NYU doktorantas – norėjo sužinoti, ar įmanoma pagaminti įrenginius, kurie veiktų kaip krumpliaračiai, bet kuriems nereikia krumplių ir jie neturi liestis vienas su kitu, kad veiktų.
Pripažindami, kad tekantis oras ir vanduo buvo naudojami tokioms konstrukcijoms kaip turbinos sukti, autoriai iškėlė hipotezę, kad skysčiai taip pat galėtų būti krumpliaračių dantys, jei jų srautus būtų galima tiksliai nukreipti.
Norėdami tai ištirti, tyrėjai atliko sudėtingą eksperimentų seriją, kurios metu cilindrai arba rotoriai buvo panardinti į skystį – glicerolio ir vandens tirpalą, kurio savybėmis, tokiomis kaip klampumas ir tankis, tyrėjai galėjo manipuliuoti.
Šiuose eksperimentuose vienas cilindras buvo aktyviai varomas, kad suktųsi, o kitas buvo nevaromas arba pasyvus. Tyrėjai iškėlė hipotezę, kad aktyvus cilindras gali generuoti skysčių srautus, kurie priverstų pasyvųjį suktis.
Norėdami tai stebėti, jie į mišinį įpylė mažyčių burbuliukų – tai leido mokslininkams sekti srautų judėjimą ir, konkrečiai, pamatyti, kaip skysčiai veikia kaip krumpliaračiai. Jie atliko eksperimentus su cilindrais įvairiais atstumais ir su aktyviuoju cilindru, besisukančiu skirtingu greičiu.
Išvados ir galimi pritaikymai
Jie nustatė, kad aktyvūs cilindrai kartu su skysčių srautais galėjo paskatinti pasyviuosius cilindrus judėti kartais kaip krumpliaračius, o kartais kaip diržu sujungtus skriemulius. Kai cilindrai buvo labai arti vienas kito, srautai veikė kaip dantys, kurie jungiasi prie dviejų krumpliaračių priešingų pusių ir priverčia juos suktis – sūkuriniai srautai galėjo efektyviai sugriebti pasyvųjį rotorių ir priversti jį suktis priešinga kryptimi nei aktyvusis.
Tačiau, kai cilindrai buvo toliau vienas nuo kito ir aktyvusis sukosi greičiau, srautai sukosi aplink pasyvųjį, panašiai kaip diržas aplink skriemulį, kuris tada sukasi ta pačia kryptimi kaip ir aktyvusis.
Straipsnio autoriai atkreipia dėmesį į galimus krumpliaračių arba skriemulių sistemų panaudojimo būdus ir pranašumus, palyginti su dabartiniais mechanizmais.
„Įprastai krumpliaračiai turi būti kruopščiai suprojektuoti taip, kad jų dantys tinkamai suktųsi, o bet koks defektas, neteisingas atstumas ar smėlio dalelės sukelia jų užstrigimą“, – aiškina Ristrophas. „Skysčių pavaros neturi jokių šių problemų, o greitį ir net kryptį galima pakeisti taip, kaip neįmanoma su mechaninėmis pavaromis.“
Hydrodynamic spin-coupling of rotors, Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/m6ft-ll2c
Journal information: Physical Review Letters