研究顯示鳥類飛行模式可助改善飛行器設計

一項來自美國的研究分析了鳥類的飛行模式,這可能對新型飛行物體的設計,如噴射機或無人機,產生影響。來自牛津大學及加州大學戴維斯分校的研究人員使用運動捕捉技術和風洞模型來觀察哈里斯老鷹在穿過狹窄間隙時如何改變其翅膀和尾巴的形狀。研究團隊在加州大學戴維斯分校的風洞中設置了一個3D打印的老鷹翅膀模型進行測試。根據牛津大學的運動捕捉影像,該風洞模型顯示哈里斯老鷹在穿過間隙時如何改變氣動穩定性。研究團隊聲稱,這類研究能為無人機的氣動力學提供見解。

研究結果發現,當老鷹收起翅膀時,會從不穩定狀態轉變為穩定狀態。在氣動力學中,不穩定使飛行物體能夠高度機動,如同戰鬥機,而穩定則意味著能夠保持穩定航向。研究人員使用運動捕捉影像在牛津的大型飛行廳拍攝哈里斯老鷹從一個棲息地滑翔到另一個棲息地。根據新聞稿,他們在飛行路徑上放置了一對柔軟的支柱,以創造狹窄的間隙,促使鳥類在飛行過程中收起翅膀。

在分析了視頻後,他們根據老鷹在不同飛行動作中的翅膀和尾巴模型進行了測試,並在加州大學戴維斯分校的風洞設施中進行實驗。這些模型是由樹脂3D打印製成,得到加州大學戴維斯分校工程學生設計中心的支持。這項研究發表於《皇家學會界面期刊》,分析了哈里斯老鷹在收翅動作過程中翅膀和尾巴配置的變化。風洞實驗顯示,收翅配置是靜態穩定的,而展翅配置則表現出牽引力和升力之間的非線性關係。

這種非線性使配置在不同升力狀態下既可以是穩定的,也可以是這樣的不穩定,從而提供了一種以前未被充分探索的飛行性能靈活性來源。研究團隊指出,哈里斯老鷹通常會成群捕獵,經常驅趕獵物並在樹木和仙人掌周圍飛行。與大多數鳥類一樣,它們能迅速從滑翔飛行轉變為收起翅膀以避開障礙物。

研究結果表明,鳥類的飛行控制方式與傳統飛機不同,人造飛機通常不會以這種方式在穩定和不穩定狀態之間轉換。研究人員表示,當老鷹穿過間隙時,從不穩定的展翅配置轉變為穩定的收翅配置,使有效靜態邊際從−25%轉變為19%。這一結果將推進新型生物啟發的固定翼無人機設計,能夠實現快速轉換。


Henderson
Henderson 主要擔任「炒稿記者」的職責,以翻譯最新科技,手機 電動車等消息為每天的工作。