Новое совместное исследование RMIT и Бристольского университета раскрывает секреты удивительно стабильного полета пустельги и может стать основой для разработки будущих конструкций беспилотников и стратегий управления полетом.
Если сделать беспилотники более безопасными и стабильными в условиях турбулентности или в городах, где порывы ветра от высоких зданий затрудняют полет, то такие приложения, как доставка посылок, продуктов питания и мониторинг окружающей среды, станут более осуществимыми и частыми.
Исследование, проведенное в промышленной аэродинамической трубе RMIT – одной из крупнейших в своем роде в Австралии, – является первым, в котором точно измерена устойчивость головы нанкинской пустельги во время парящего полета. Было обнаружено, что во время охоты движение ее головы составляет менее 5 мм.
«Обычно самолеты используют закрылки для стабилизации, чтобы добиться устойчивости в полете. Наши результаты, полученные в течение нескольких лет, показывают, что хищные птицы больше полагаются на изменения площади поверхности, что очень важно, поскольку это может быть более эффективным способом достижения стабильного полета и в самолетах с фиксированным крылом», – говорит ведущий исследователь RMIT доктор Абдулгани Мохамед (Abdulghani Mohamed).
Пустельги и другие хищные птицы способны сохранять голову и тело неподвижными во время охоты. Эта особая манера полета, называемая ветровым зависанием, позволяет птицам замирать на месте при подходящих погодных условиях, не хлопая крыльями. Внося небольшие изменения в форму крыльев и хвоста, они могут добиться невероятной устойчивости.
Благодаря достижениям в области камер и технологий захвата движений исследовательская группа смогла наблюдать за двумя нанкинскими пустельгами, обученными в приюте для ястребов и сов, в высоком разрешении. На них были установлены светоотражающие маркеры, что позволило впервые детально проследить за точными движениями птиц и техникой управления полетом.
«В предыдущих исследованиях птицы случайно пролетали через турбулентность и порывы в аэродинамических трубах; в нашей работе мы проследили уникальное поведение птиц в парящем полете, когда они активно поддерживают устойчивость, что позволило нам изучить реакцию управления», – сказал Мохамед.
Составив карту этих движений, исследователи получили сведения, которые можно использовать для достижения более стабильного полета самолетов с неподвижным крылом.
«Поведение пустельги при парящем ветре, которое мы наблюдали, является наиболее близким представителем птичьего мира к самолетам с неподвижным крылом. Наши выводы, касающиеся изменения площади поверхности крыла, могут быть применены для проектирования морфирующих крыльев в беспилотниках, повышая их устойчивость и делая их более безопасными в неблагоприятную погоду», – сказал Мохамед.
Полезность современных беспилотных летательных аппаратов (БПЛА) с фиксированным крылом значительно снижается из-за их неспособности работать в условиях порывистого ветра. БПЛА используются в Великобритании для доставки почты на отдаленные острова, но время их работы ограничено из-за регулярных порывистых ветров. Нынешние коммерческие самолеты с неподвижным крылом должны быть спроектированы с фиксированной геометрией и оптимизированы для работы в любых условиях полета.
Преимущество морфинга крыльев в том, что они могут постоянно оптимизироваться в течение всего полета для различных условий, что делает самолет гораздо более маневренным и эффективным.
Теперь команда намерена продолжить исследования, изучая птиц в условиях порывистого и турбулентного ветра, что позволит получить дополнительные знания в области стабильного полета, а БПЛА работать более безопасно. Хотя первоначально исследование было направлено на небольшие летательные аппараты, команда надеется упростить собранные данные, чтобы их можно было адаптировать для всех летательных аппаратов.
Работа опубликована в Journal of Experimental Biology.
[Фото: Abdulghani Mohamed / RMIT]