Растущий интерес к борьбе насекомых с ударами крыльев подогревается тенденцией к увеличению миниатюризации беспилотных летательных аппаратов. Как этим маленьким существам удается управлять своими крыльями тысячу раз? Какую турбулентность вы генерируете сами с помощью этого удара крыла, чтобы использовать преимущества воздушных движений, возникающих для управления и энергосбережения, и координировать их с существующими движениями ветра? Немецкие, французские и японские исследователи теперь нашли дальнейшие ответы в самом сложном компьютерном моделировании, касающемся художников, выполняющих небольшие полеты. Берлинский институт механики жидкости и технической акустики.
Стабильная вихревая система в турбулентности
«Было показано, что шмели и другие насекомые производят те же средние силы в сильно турбулентных потоках, что и в невозмущенном воздухе, в отличие от самолетов, где турбулентность может значительно изменить силы», - объясняет доктор Томас Энгельс, руководитель проекта в области численной гидродинамики, во главе с профессором доктором Йорн Сестерхенн возглавляет. «Наша работа показала, что вихревая система, с помощью которой насекомые генерируют движущую силу и движущую силу, остается стабильной даже в условиях сильной турбулентности».
Картинная галерея
Wanted: био-вдохновенная альтернатива классическому самолету
Все маленькие ракеты, в том числе искусственные, сталкиваются с проблемой полета на открытом воздухе в нестабильной среде. Поэтому ученые ищут био-вдохновенную альтернативу классическому самолету с фиксированными крыльями и роторами. Воспроизведение порхающих крыльев насекомых будет одной из таких альтернатив. Таким образом, ученые надеются извлечь большую пользу из результатов компьютерного моделирования, потому что: «Очень важно знать, где трудности в полете связаны с турбулентностью и как насекомые встречают эту проблему», - говорит Томас Энгельс. «Прежде всего, мы хотим использовать полет шмеля, чтобы решить загадку о том, что турбулентность вызывает нестабильность полета и как вы можете ее контролировать. Высокоточные численные моделирования являются идеальным инструментом для этого. Они позволяют очень детальное понимание в точно контролируемых условиях.
Компьютерное моделирование показывает реакцию на турбулентность
Подробное компьютерное моделирование уже показало, что турбулентность, то есть неожиданно возникающая турбулентность, оказывает другое влияние на порхающих насекомых, чем на постоянно установленные и созданные человеком крылья самолета. Последние аэродинамически профилированы так, что воздух течет быстрее сверху, чем снизу. Крылья насекомых, с другой стороны, плоские и не имеют заметного профиля. Небольшие вихри, так сказать мини-торнадо, образуются на взмахах крыльев, которые движутся вместе с крылом и понижают давление на его вершине, что увеличивает подъемную силу.
При аэродинамических профилях, особенно на небольших самолетах, даже небольшие турбулентные возмущения вызывают значительные изменения в подъемной силе и силовых усилиях. Теперь вопрос состоял в том, могут ли позвонки, которыми насекомые летают, быть такими же чувствительными. «Наше моделирование показывает, что это не так, - говорит Томас Энгельс. Таким образом, эту устойчивость можно рассматривать как дополнительное преимущество взлетающего взлета и дает дополнительный импульс развитию вдохновленных насекомыми бионических летных роботов. (Mz)
Дополнительная информация о проекте
Проект финансируется Германским исследовательским фондом и Национальным агентством по научным исследованиям. В своей докторской диссертации Томас Энгельс уже рассматривал способы передвижения как рыб в воде, так и летающих насекомых. Эти животные разработали множество методов воздействия на жидкости и воздух путем перемещения их конечностей, плавников и крыльев, даже всего тела, чтобы окружающая среда поддерживала их передвижение.
Вместе с Йорном Сестерхенном и тремя другими авторами Томас Энгельс опубликовал первые результаты исследования в статье «Полеты шмелей в условиях сильной турбулентности» в «Physical Review Letter» 116 (2016), 028103.