Ученые разгадали главный секрет полетов птиц
21.10.2020 412 0
Ученые из Бристольского университета и Королевского ветеринарного колледжа выяснили, как птицы могут летать в порывистых условиях, на ветру. Новое открытие, подробно описанное в журнале Proceedings of the Royal Society B, может послужить основой для разработки маломасштабных самолетов, вдохновленных строением птиц и механикой их полета.
«Мы знаем, что птицы удивительно хорошо справляются с условиями, которые бросают вызов созданным воздушным транспортным средствам аналогичного размера, но до сих пор мы не понимали механизмов, лежащих в основе этого процесса», — заявил доктор Шейн Виндзор из факультета аэрокосмической техники Бристольского университета.
Новое исследование показывает, что крылья птиц действуют как система подвески, чтобы справляться с меняющимися ветровыми условиями. Ученые использовали инновационную комбинацию высокоскоростной трехмерной реконструкции поверхности на основе видео, компьютерной томографии (КТ) и вычислительной гидродинамики (CFD). Так они хотели понять, как именно птицам помогает «отбрасывать» порывы ветра морфинг их крыльев, то есть их меняющаяся форма и положение.
В эксперименте, проведенном в Лаборатории структуры и движения Королевского ветеринарного колледжа, команда сняла сипу Лили, скользящую через ряд генерируемых веером вертикальных порывов ветра. Лили — обученная для соколиной охоты птица, ветеран многих документальных фильмов о природе, поэтому «ее нисколько не смутил свет и камеры», уверяют ученые из Бристоля.
Сипуха Лили снимается, летя сквозь серию порывов ветра. Предоставлено: Чейни и др., 2020.
«Мы начали с очень нежных порывов ветра на случай, если у Лили возникнут какие-либо трудности. Но вскоре обнаружили, что даже при самых высоких скоростях порыва, Лили была невозмутима. Она спокойно пролетела прямо, чтобы получить награду за еду, которую держал ее тренер Ллойд Бак» — прокомментировал эксперимент профессор Ричард Бомфри из Королевского ветеринарного колледжа.
«Лили летела через ухабистые порывы ветра и последовательно держала голову и туловище на удивительно стабильной по траектории, как будто она летит с системой подвески. Когда мы проанализировали данные, нас удивило, что „эффект подвесной системы“ возник не просто так. На ее аэродинамику повлияла и масса крыльев Лили. Для сравнения, каждая из наших верхних конечностей составляет около 5% веса нашего тела; для птицы она примерно вдвое больше. Они используют эту массу, чтобы эффективно поглощать порывы ветра», — объяснил автор исследования, доктор Йорн Чейни из Королевского ветеринарного колледжа.
«Возможно, наиболее захватывающим является открытие, что самая часть „эффекта“ подвески отвечающая за скорость, „встроена“ в механику крыльев. Именно поэтому птицам не нужно активно что-либо делать, чтобы система работала. Механика очень элегантна» — заключает доктор Джонатан Стивенсон из Бристольского университета.
«Мы знаем, что птицы удивительно хорошо справляются с условиями, которые бросают вызов созданным воздушным транспортным средствам аналогичного размера, но до сих пор мы не понимали механизмов, лежащих в основе этого процесса», — заявил доктор Шейн Виндзор из факультета аэрокосмической техники Бристольского университета.
Новое исследование показывает, что крылья птиц действуют как система подвески, чтобы справляться с меняющимися ветровыми условиями. Ученые использовали инновационную комбинацию высокоскоростной трехмерной реконструкции поверхности на основе видео, компьютерной томографии (КТ) и вычислительной гидродинамики (CFD). Так они хотели понять, как именно птицам помогает «отбрасывать» порывы ветра морфинг их крыльев, то есть их меняющаяся форма и положение.
В эксперименте, проведенном в Лаборатории структуры и движения Королевского ветеринарного колледжа, команда сняла сипу Лили, скользящую через ряд генерируемых веером вертикальных порывов ветра. Лили — обученная для соколиной охоты птица, ветеран многих документальных фильмов о природе, поэтому «ее нисколько не смутил свет и камеры», уверяют ученые из Бристоля.
Сипуха Лили снимается, летя сквозь серию порывов ветра. Предоставлено: Чейни и др., 2020.
«Мы начали с очень нежных порывов ветра на случай, если у Лили возникнут какие-либо трудности. Но вскоре обнаружили, что даже при самых высоких скоростях порыва, Лили была невозмутима. Она спокойно пролетела прямо, чтобы получить награду за еду, которую держал ее тренер Ллойд Бак» — прокомментировал эксперимент профессор Ричард Бомфри из Королевского ветеринарного колледжа.
«Лили летела через ухабистые порывы ветра и последовательно держала голову и туловище на удивительно стабильной по траектории, как будто она летит с системой подвески. Когда мы проанализировали данные, нас удивило, что „эффект подвесной системы“ возник не просто так. На ее аэродинамику повлияла и масса крыльев Лили. Для сравнения, каждая из наших верхних конечностей составляет около 5% веса нашего тела; для птицы она примерно вдвое больше. Они используют эту массу, чтобы эффективно поглощать порывы ветра», — объяснил автор исследования, доктор Йорн Чейни из Королевского ветеринарного колледжа.
«Возможно, наиболее захватывающим является открытие, что самая часть „эффекта“ подвески отвечающая за скорость, „встроена“ в механику крыльев. Именно поэтому птицам не нужно активно что-либо делать, чтобы система работала. Механика очень элегантна» — заключает доктор Джонатан Стивенсон из Бристольского университета.
| |