הסוד השקט של השלדג


הרכבת היפנית המהירה שינקנסן (Shinkansen Bullet Train), היא אחת הרכבות המהירות בעולם, והיא מגיעה למהירויות של 320 קילומטר בשעה. המהירות הגבוהה יוצרת בעיית רעש משמעותית במהלך נסיעה ובעיקר ביציאה ממנהרה, כשלחץ האוויר משתנה. במצב זה נוצר גל רעש חזק המפריע לתושבים ברדיוס של 80 ק"מ! עיקר מאמצי המחקר של הצוות ההנדסי התמקדו בהפחתת הרעש הנגרם מן הרכבות בלי לפגוע במהירותן.

השראה ראשונית קיבלו המהנדסים ממשפחת הינשופים (Strigidae) הידועים כעופות השקטים ביותר. צוות התכנון של הרכבת גילה שהמעוף השקט של העופות ממשפחה זו קשור לנוצות הכנף, המעוצבות על ידי הרבה נוצות קטנטנות משוננות הבולטות משפת הנוצות הבסיסיות. עיצוב זה נעדר אצל ציפורים אחרות. הנוצות המשוננות יוצרות מערבולות קטנות באוויר ששוברות את מערבולת האוויר הגדולה היוצרת רעש. לאחר ארבע שנות מחקר ופיתוח מאומצות הצליחו המהנדסים ליישם עיקרון זה על ידי יצירת מבנה דמוי נוצות משוננות על חלק מרכזי בפנטוגרף, והפחיתו את הרעש בהתאם לתקנים העולמיים. טכנולוגיה זו נקראת "מחולל מערבולות" (Vortex Generator), והיא כבר יושמה בעולם התעופה.

אפקט גל הרעש ביציאה ממנהרה קשור לעובדה שהרכבת עוברת בין שני תווכים בעלי לחץ אוויר שונה. המהנדס הראשי של הרכבת, חובב ציפורים נלהב, שאל את עצמו: "האם יש משהו בטבע העובר במהירות ובצורה חלקה בין שני תווכים שונים?"

ואכן, מקור ההשראה נמצא בדמות השלדג (Kingfisher), הצולל לתוך המים מהאוויר (מלחץ נמוך ללחץ גבוה בהתאמה) תוך איבוד אנרגיה מינימלי. באמצעות המבנה האווירודינמי של מקור השלדג, הוא מצליח להתגבר על השינוי הפתאומי בהתנגדות, וכמעט שאינו מתיז מים בחדירתו למים.

בעזרת טכניקות של מידול ממוחשב עוצבה מחדש צורתו של קטר הרכבת בהשראת מקור השלדג. התוצאה היא רכבת שקטה יותר, המנצלת 15% פחות אנרגיה גם כאשר הרכבת נוסעת 10% מהר יותר.

© דף הבית | כל הזכויות שמורות לארגון הביומימיקרי הישראלי