Αν ποτέ κάτσε σε ένα αεροπλάνο σειρά με θέα σε ένα φτερό, τότε πιθανότατα θα παρατηρήσετε πολλά πτερύγια κατά μήκος των άκρων του που προσαρμόζονται κατά τις απογειώσεις και τις προσγειώσεις. Όπως και τα φτερά πουλιών, αυτά τα εξαρτήματα είναι απαραίτητα για τον έλεγχο της περιστροφής, της ανύψωσης και της έλξης του οχήματος κατά τη διάρκεια της πτήσης. Σε αντίθεση με τους αντίστοιχους πτηνών, ωστόσο, αυτοί οι μηχανισμοί τοποθετούνται γενικά σε μεμονωμένες σειρές κατά μήκος μιας πτέρυγας και απαιτούν ηλεκτρονικά εξαρτήματα για έλεγχο κατά τη διάρκεια του ταξιδιού.
Τα πουλιά, εν τω μεταξύ, έχουν ανέβει στους ουρανούς για εκατομμύρια χρόνια εξοπλισμένα με εκθετικά περισσότερα «πτερύγια» με τη μορφή κρυφών ομάδων φτερών που προσαρμόζονται παθητικά στη ροή του αέρα. Παίρνοντας ένα σύνθημα από αυτούς, ορισμένοι μηχανικοί πιστεύουν ότι τα αεροπλάνα μπορούν να κατασκευαστούν για να είναι ασφαλέστερα και πιο ενεργειακά αποδοτικά. Τα αποτελέσματά τους, που δημοσιεύθηκαν στις 28 Οκτωβρίου στο Πρακτικά της Εθνικής Ακαδημίας Επιστημώνφαίνεται να υποστηρίζει τέτοιες αναβαθμίσεις με φτερωτά αεροπλάνα.
Ερευνητές στο Πανεπιστήμιο του Πρίνστον αναβάθμισαν πρόσφατα ένα μικρό τηλεκατευθυνόμενο μοντέλο αεροπλάνου για να περιλαμβάνει σειρές πτερυγίων που μιμούνται τα κρυφά φτερά – τις ομάδες φτερών σε πτηνά που προσαρμόζονται παθητικά κατά τη διάρκεια πολύπλοκων ελιγμών, όπως η πλοήγηση σε ριπές ανέμου και προσγείωση. Με αυτόν τον τρόπο, η ομάδα πιστεύει ότι παρόμοια σχέδια που βασίζονται στη βιομιμική μπορεί μια μέρα να βοηθήσουν τα αεροσκάφη να βελτιώσουν τη συνολική απόδοση και να αποφύγουν δυνητικά επικίνδυνες καταστάσεις έκτακτης ανάγκης.
Ενώ προηγούμενες «μελέτες προτείνουν [covert feathers] μπορεί να ενισχύσει την πτήση κατά τη διάρκεια ελιγμών, όπως η προσγείωση ή η πτήση μέσω ριπών», έγραψε η ομάδα ότι «δεν υπάρχει συναίνεση σχετικά με την υποκείμενη φυσική τους ή τις συνέπειες της ύπαρξης πολλαπλών σειρών». Για να το διορθώσουν αυτό, πρώτα τοποθέτησαν μεταξύ δύο έως πέντε σειρών κρυφών πτερυγίων σε τρισδιάστατα εκτυπωμένα φτερά αεροπλάνου μοντέλου κλίμακας και στη συνέχεια υπέβαλαν τα πρωτότυπά τους σε δοκιμές αεροδυναμικής σήραγγας σε μια εγκατάσταση ύψους 30 ποδιών. Μέσα στη σήραγγα, ένας συνδυασμός αισθητήρων, καθώς και καμερών λέιζερ και υψηλής ταχύτητας, μέτρησε τη ροή αέρα γύρω από τα φτερά κατά τη διάρκεια διαφόρων προσομοιώσεων κατάστασης. Χρησιμοποίησαν επίσης ένα μοντέλο φτερού κατασκευασμένο με τυπικά πτερύγια μονής σειράς για να χρησιμεύσει ως χειριστήριο.
«Τα πειράματα της αεροδυναμικής σήραγγας μας δίνουν πραγματικά ακριβείς μετρήσεις για το πώς ο αέρας αλληλεπιδρά με το φτερό και τα πτερύγια και μπορούμε να δούμε τι συμβαίνει στην πραγματικότητα όσον αφορά τη φυσική», δήλωσε ο Girguis Sedkey, μεταδιδακτορικός ερευνητής και επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης. προφίλ του πανεπιστημίου τη Δευτέρα. Αφού ανέλυσαν τα δεδομένα, ο Sedkey και η ομάδα τους εντόπισαν συγκεκριμένους τρόπους με τους οποίους τα πτερύγια ελέγχουν τη ροή του αέρα γύρω από ένα φτερό. Ένα από αυτά, η «αλληλεπίδραση διατμητικού στρώματος», δεν είχε τεκμηριωθεί ποτέ πριν σε αεροναυτικές δοκιμές.
«Η ανακάλυψη αυτού του νέου μηχανισμού ξεκλείδωσε ένα μυστικό πίσω από το γιατί τα πουλιά έχουν αυτά τα φτερά κοντά στο μπροστινό μέρος των φτερών και πώς μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε αυτά τα πτερύγια για αεροσκάφη», πρόσθεσε ο Aimy Wissa, επίκουρος καθηγητής μηχανολογίας και αεροδιαστημικής μηχανικής και ο κύριος ερευνητής της μελέτης. Η Wissa πρόσθεσε ότι, από όλα τα μοντέλα, η σχεδίαση των πέντε σειρών απέδωσε καλύτερα, βελτιώνοντας την ανύψωση κατά 45 τοις εκατό ενώ μειώνει την αντίσταση κατά 30 τοις εκατό.
“[T]όσο περισσότερα πτερύγια προσθέσετε στο μπροστινό μέρος της πτέρυγας, τόσο υψηλότερο είναι το όφελος απόδοσης», εξήγησε.
[ Related: How do planes fly? ]
Μετά από αυτά τα αρχικά πειράματα, η ομάδα του Wissa στη συνέχεια μεταπήδησε σε δοκιμές πτήσης σε εξωτερικούς χώρους χρησιμοποιώντας ένα αεροπλάνο R/C μεγέθους πουλιού με δανεισμό από το μοντέλο αεροσκαφών Somerset RC του Πρίνστον. Οι μηχανικοί εγκατέστησαν αρχικά κρυφές σειρές πτερυγίων και στη συνέχεια προγραμμάτισαν έναν υπολογιστή πτήσης επί του σκάφους ώστε να σταματήσει αυτόνομα. Από εκεί, οι ερευνητές εκτόξευσαν το μοντέλο τους και το παρακολούθησαν να πλοηγείται στις εναέριες προκλήσεις του. Κάθε φορά που ο υπολογιστής εκκινούσε ένα στάσιμο, οι κρυφές σειρές πτερυγίων του αεροπλάνου αναπτύχθηκαν παθητικά για να μετριάσουν την ένταση του στάσιμου.
«Αυτή είναι η δύναμη του βιοεμπνευσμένου σχεδιασμού», είπε ο Wissa. «Η ικανότητα να μεταφέρουμε πράγματα από τη βιολογία στη μηχανική για να βελτιώσουμε τα μηχανικά μας συστήματα, αλλά και να χρησιμοποιήσουμε τα μηχανικά μας εργαλεία για να απαντήσουμε σε ερωτήσεις σχετικά με τη βιολογία».
Η Wissa και οι συνάδελφοί της πιστεύουν ότι τα κρυφά φτερά των πτηνών μπορούν να προσφερθούν σε περισσότερες εφαρμογές από τα απλά αεροπλάνα. Δεδομένης της δυναμικής του ρευστού ροής αέρα, σημειώνουν τη δυνατότητα διερεύνησης παρόμοιων προσαρμογών για τη βελτίωση της αποτελεσματικότητας και της ασφάλειας των αυτοκινήτων, των υποβρυχίων και ενδεχομένως ακόμη και των ανεμογεννητριών.
VIA: popsci.com
