Инженеры Принстонского университета, вдохновившись строением перьев птиц, нашли способ улучшить летные характеристики дронов и уменьшить вероятность их падения. В рамках исследования, команда под руководством профессора Эйми Виссы предложила инновационное решение — добавление на крылья самолета специальных гибких накладок, имитирующих ряд перьев, используемых птицами для стабилизации и маневрирования.
Эти накладки напоминают контурные перья птиц, которые автоматически раскрываются при резких маневрах, таких как посадка или полет в порывистом ветре. Биологи давно наблюдали это явление, но до сих пор не могли точно измерить его аэродинамическое значение. Ученые из Принстона смогли продвинуться в изучении природы этого механизма, исследовав, как дополнительные накладки стабилизируют поток воздуха вокруг крыла и предотвращают потерю подъемной силы, известную как сваливание.
По словам Гиргуса Седки, ведущего автора исследования, накладки работают без использования внешних систем управления: они пассивно реагируют на изменение воздушного потока. Таким образом, они представляют собой доступный и легкий способ повысить эффективность полета без сложной механики. Тонкие гибкие накладки, по мнению Виссы, можно настраивать так, чтобы они улучшали стабильность и подъемную силу самолета.
Для проверки гипотезы команда установила накладки на 3D-печатную модель крыла и провела серию тестов в аэродинамической трубе. Это позволило инженерам измерить точные параметры взаимодействия воздуха с крылом и накладками. С помощью лазерного сканера и высокоскоростной камеры исследователи смогли определить, как потоки воздуха движутся вокруг крыла, особенно при приближении к углу сваливания.
В ходе экспериментов была обнаружена новая физическая особенность, объясняющая, как накладки стабилизируют подъемную силу, даже при крутом угле атаки крыла. Установив несколько рядов накладок, команда выяснила, что пятиполосная конфигурация повышает подъемную силу крыла на 45%, а также уменьшает сопротивление воздуха на 30% и улучшает общую стабильность крыла.
«Мы раскрыли секрет того, почему у птиц есть контурные перья у передней части крыла и как можно применять накладки для улучшения работы крыльев самолета», — комментирует Висса.
После лабораторных тестов команда проверила накладки в полевых условиях. На территории Принстонского кампуса ученые установили накладки на модель радиоуправляемого самолета, запрограммированного на автоматическое сваливание. Результаты показали, что накладки эффективно отсрочивали сваливание и уменьшали его интенсивность, подтверждая результаты экспериментов в аэродинамической трубе.
Как отметил Гиргус Седки, их работа может принести пользу не только в авиации. «Эффект, обнаруженный нами, может быть использован и в других сферах, где важно изменять потоки жидкости вокруг объекта. Это может быть полезно для улучшения аэродинамики автомобилей, подводных аппаратов и даже в конструкции ветряных турбин», — сказал он.
Эйми Висса добавила, что дальнейшее развитие исследований в этой области может создать условия для тесного взаимодействия инженеров и биологов, чтобы глубже изучить роль перьев в полете птиц и применять биомиметические принципы для разработки новых инженерных решений.
Ранее стало известно о разработке реактивного гражданского самолета, который в 4 раза быстрее скорости звука.