Новый метод предсказания проливает свет на полет птиц

Исследователи из Стэнфордского университета при поддержке Управления военно-морских исследований США (ONR) разработали новый способ точного измерения вихрей — круговых паттернов вращающегося воздуха, — создаваемых крыльями птиц в полете. Это бросает вызов точности трех давно используемых аэродинамических моделей и может повлиять на будущие конструкции биоинспирированных дронов, роботов и беспилотных летательных аппаратов (БПЛА).

Метод измерения

Команда под руководством доктора Дэвида Лентинка провела эксперименты с попугайчиками (например, по кличке Оби). Птицы пролетали через лазерное поле, мигающее 1000 раз в секунду, которое подсвечивало нетоксичные аэрозольные частицы размером в микрон (одна тысячная миллиметра). Сверхскоростные камеры фиксировали движение частиц вокруг кончиков крыльев, создавая детальную картину вихрей в следе летящего животного.

Эти данные были объединены с измерениями с аэродинамической силовой платформы — ультрачувствительных "весов", изобретенных в лаборатории Лентинка, которые измеряют силу, создаваемую птицей при взлете в специальной камере.

Результаты и выводы

Исследователи применили три преобладающие модели для прогнозирования подъемной силы к новым измерениям. Во всех случаях существующие модели не смогли точно предсказать фактическую подъемную силу, создаваемую попугайчиками.

Проблема в том, что устоявшиеся модели основаны на исторических измерениях, сделанных на расстоянии нескольких взмахов крыла за летящим животным. Это приводило к прогнозам, что крыльевые вихри остаются относительно "замороженными" во времени. Однако исследование Лентинка показывает, что вихри от крыльев птиц разрушаются внезапно и интенсивно уже в течение двух-трех взмахов.

"Инженеры давно обращались к литературе о полете животных, чтобы понять, как можно лучше сконструировать крылья роботов. Но эти знания были основаны на неточных моделях подъемной силы. Теперь мы знаем, что нужны новые исследования и методы. Я верю, что наш метод, который измеряет силу подъема напрямую, может способствовать таким улучшениям", — заявил Дэвид Лентинк.

Будущие этапы исследования будут включать применение новой модели для изучения того, как крылатые дроны и БПЛА могут выполнять миссии в сложных условиях, например, в густом лесу. Эта работа финансируется в рамках междисциплинарной университетской исследовательской инициативы ONR, посвященной беспилотному автономному полету.