Inženýři studují let ptáků s ohledem na vylepšování bezpilotních dronů
Lidé byli letem ptáků fascinováni po celá staletí, ale jak přesně mohou být ptáci ve vzduchu, tak hbití, zůstává záhadou. Nová studie publikovaná v časopise Proceedings of the National Academy of Sciences využívá modelování a aerodynamiku k popisu toho, jak mohou racci měnit tvar svých křídel, aby řídili svou reakci na poryvy nebo jiné poruchy. Lekce by se jednou mohly vztahovat i na bezposádkové letouny nebo jiné létající stroje.
"Ptáci snadno provádějí náročné manévry a jsou přizpůsobiví, takže co přesně na jejich letu je nejužitečnější implementovat do budoucích letadel ?" řekla Christina Harvey, odborná asistentka na katedře mechanického a leteckého inženýrství na University of California, Davis a hlavní autorka článku.
Harvey začala studovat racky jako magisterský student zoologie na University of British Columbia, poté, co získala bakalářský titul v oboru strojního inženýrství.
"Racci jsou velmi běžní a snadno se hledají a jsou to opravdu působivé kluzáky," řekla.
Harvey pokračovala ve své práci na raccích jako doktorandka na University of Michigan. Nedávno nastoupila na fakultu na UC Davis poté, co dokončila Ph.D v oboru leteckého inženýrství .
Letos v březnu Harvey a kolegové z University of Michigan publikovali v časopisu Nature článek analyzující dynamiku letu 22 druhů ptáků. Zatímco předchozí studie se zaměřovaly spíše na aerodynamiku – jak se vzduch pohybuje kolem ptáka – Harvey vyvinula rovnice k popisu inerciálních vlastností ptáků, jako je těžiště a neutrální bod, kde lze aerodynamické síly konzistentně modelovat jako bodové síly.
Letadla jsou obvykle navržena tak, aby byla stabilní nebo nestabilní. Stabilní letadlo bude mít tendenci se vracet zpět do ustáleného letu, když je vyrušeno (například je vytlačeno poryvem větru). To je žádoucí například u dopravního letadla, ale ne u proudové stíhačky. Vysoce obratná letadla jsou navržena tak, aby byla nestabilní.
Harvey a kolegové ve svém dokumentu v Nature ukázali, že téměř všechny studované druhy ptáků jsou schopné stabilního i nestabilního letu a používají pohyby křídel k přepínání mezi těmito režimy.
Nová studie staví na této práci a spojuje aerodynamické studie využívající 3D tištěné modely racků a racčích křídel ve větrném tunelu s počítačovým modelováním setrvačných sil, aby bylo možné pochopit, jak racci dosahují stability podél své dlouhé osy (klesající nebo stoupající).
Zjistili, že rackové vše mohou upravit tím, jak reagují na poruchy v této ose, úpravou zápěstí a loketních kloubů a morfováním tvaru křídel. Tým byl schopen předpovědět letové vlastnosti racků a jak rychle se mohou zotavit z poruchy, jako je poryv. Tato reakční doba také umožňuje nahlédnout do "ovladatelného rozsahu" pro ptáka a do aplikace letové dynamiky z ptáků na letadlo.
"Analýza letových kvalit se ptá: kdybyste postavili letadlo přesně jako racek, byl by s ním člověk schopen létat?" řekl Harvey.
Vzhledem k tomu, že bezpilotní letadla nebo drony jsou stále více používány, musí být schopny navigovat ve složitém městském prostředí, což ptákům jde velmi dobře. Hlubší pochopení ptačího letu by mohlo pomoci zlepšit návrhy dronů pro různá použití.
Harvey letos na podzim otevře svou laboratoř v UC Davis. Doufá, že bude spolupracovat s dalšími výzkumníky z kampusu, včetně California Raptor Center a výzkumníků pracujících na letu hmyzu na College of Biological Sciences.
"Je tolik otevřených otázek o letu ptáků ," řekla, "těším se, až uvidím, co dalšího je tam k objevování."
