据最新研究表明,鸟类具有独特的悬挂系统,使它们能够在狂风中飞行。英国科学家认为,根据这一发现,可能会设计出具有生物灵感的小型飞机。它是通过拍摄谷仓猫头鹰莉莉(Lily the barn owl)制成的,它是训练有素的猎鹰鸟,是许多自然纪录片的资深“人士”。当它飞过和它一样快的由风扇产生的垂直强风时,包括所有的灯光和摄像机似乎都没让它受到干扰。
布里斯托大学的航空工程师沙恩·温莎(Shane Windsor)博士说:“鸟类通常在靠近建筑物和地形的强风中飞行-阵风通常以其飞行速度快。“因此,应对强风和突变风的能力对于它们的生存至关重要,并且能够安全地进行着陆和捕获猎物之类的事情。“我们知道鸟类在挑战类似大小的工程飞行器的条件下表现出色,但是直到现在,我们还不了解背后的机制。”发表在《英国皇家学会会刊》上的研究表明,鸟的翅膀可以作为悬挂系统来应对不断变化的风况。
伦敦皇家兽医学院的相应通讯作者理查德·邦弗里教授说:“万一莉莉遇到任何困难,我们就开始进行非常轻柔的阵风,但很快发现,即使以最快的阵风速度,莉莉也不会动摇。
“它直飞,得到教练劳埃德·巴克(Lloyd Buck)持有的食物奖励。”实验是在皇家兽医学院的结构与运动实验室进行的。它结合了基于视频的高速3D表面重建,CT(计算机断层扫描)扫描和称为CFD(计算流体力学)的技术。分析表明,鸟类通过“变形”过程“排斥”阵风-改变了翅膀的形状和姿势。
皇家兽医学院的主要作者乔恩·切尼博士说:“莉莉飞过颠簸的阵风,并始终保持头部和躯干在轨迹上的稳定,就好像她正在使用悬挂系统飞行一样。“当我们对其进行分析时,令我们感到惊讶的是,悬架系统的影响不仅是由于空气动力学的原因,还得益于其机翼的质量。“作为参考,我们的每条上肢约占我们体重的5%。对于一只鸟,它大约是体重的两倍,他们利用这一质量有效地吸收了阵风。”
温莎博士说,下一步是为小型飞机开发受生物启发的悬挂系统。切尼博士说:“他们在狂风条件下被撞-鸟类由于内置的悬挂系统而平稳地飞行。鸟类通过使它们的翅膀绕着肩膀枢转来吸收能量而使头部和身体基本上不受影响,从而经受住了突然的阵风。
这种机制是瞬时的,不依赖于大脑的命令。鸟类的平稳飞行不能仅凭空气动力学来解释。相反,机翼的质量可以在很大程度上产生悬架系统的影响。相同的原理也适用于小型飞机,从而改善了在现实条件下的飞行性能。鸟类飞过风暴,飞进并穿越风暴。一些迁徙物种也有意飞入其中。
布里斯托大学的共同作者乔纳森·史蒂文森博士补充说,任何进行球拍运动的人都知道甜区击球的感觉很轻松。当您在球拍或球拍的最佳位置击球时,您的手不会被震颤,因为那里的力量被抵消了。“也许最令人兴奋的发现是,悬挂效果的最明显部分内置在机翼的机械装置中,因此鸟类不需要为此做出什么,就能达到优雅的机械技艺”。
我们的分析表明,机翼像蝙蝠一样也有一个甜区,阵风的力量在这个甜区附近起作用,这显著减少了在头一秒内对身体的干扰。该过程是自动的,所以我们有足够的时间来启动其他灵敏的稳定过程。