Бабочки создают реактивную тягу хлопком крыльев

Исследование, опубликованное в среду, показывает, что большие гибкие крылья бабочек могут быть идеально приспособлены для создания реактивного импульса, несмотря на кажущийся неэффективным порхающий полет.

Ученые из Лундского университета в Швеции решили проверить теорию, существующую десятилетиями: насекомые "хлопают" крыльями вместе, с такой силой выжимая воздух между ними, что это создает толчок вперед.

Аэродинамический анализ свободно летающих бабочек, опубликованный в журнале Interface, подтвердил, что функция хлопка действительно генерирует реактивную струю воздуха для движения.

Однако исследователи также обнаружили, что бабочки выполняют этот маневр "гораздо более продвинутым способом, чем мы когда-либо осознавали", — сказал соавтор работы Пер Хеннингссон, профессор кафедры биологии Лундского университета.

В момент соединения крылья "не были просто двумя плоскими поверхностями, хлопающими друг о друга". Вместо этого они образуют "карман", который, как полагают, захватывает больше воздуха.

Когда исследователи воссоздали это с помощью механических крыльев, они обнаружили, что гибкие крылья, подобные бабочковым, образующие этот карман в момент удара, были на 22% эффективнее в создании силы и на 28% эффективнее по расходу энергии по сравнению с жесткими крыльями.

Команда предположила, что их открытие может быть полезно для дронов, использующих пропульсию хлопающих крыльев.

Уклонение от хищников

Хеннингссон отметил, что "драматическое улучшение" производительности стало неожиданностью. "Это тот тип открытия, который наиболее волнует ученого — тот, которого вы действительно не ожидали".

Крылья бабочек, "хотя традиционно считающиеся аэродинамически неэффективными", могут быть особенно хороши для формирования этой карманообразной формы. Это предполагает, что они могли эволюционировать для улучшения хлопковой пропульсии как способа уклонения от хищников, которые могут заметить их при взлете.

"Чтобы минимизировать риск быть пойманными, бабочки обычно взлетают очень быстро и внезапно, и многие летают беспорядочно и непредсказуемо. Если хлопок действительно значительно улучшается за счет чашеобразной формы крыльев, это позволит бабочке взлетать быстрее и лучше избегать поимки, а значит, можно представить сильное давление отбора на эту особенность".

Исследование предполагает, что другие существа — например, рыбы или лягушки — также могли развить хлопающую пропульсию, используя изогнутые крылья, плавники или лапы.

Хеннингссон отметил, что хотя теория хлопка крыльев существует с 1970-х годов, исследования полета бабочек часто полагались на привязанных насекомых или использовали симуляции. Усовершенствования в технологиях измерения потока позволили авторам наблюдать за существами в естественном полете.