Сапсаны временно развивают скорость до 360 километров в час при нырянии. Они также являются самыми быстрыми птицами в мире, и их тела подвергаются огромным нагрузкам во время маневров. Как он это делает и почему он может это делать? Теперь ученые более внимательно изучили поведение этой хищной птицы в полете: и здесь природа может служить образцом для новых технологий, например, в самолетостроении.
Сапсан может развивать скорость около 360 километров в час, если во время охоты пикирует вертикально вниз. Однако из-за того, что самой быстрой птице в мире приходится резко тормозить в последний момент, чтобы поймать добычу, ее тело подвергается нагрузке, в восемь-девять раз превышающей ее собственный вес. Люди вряд ли смогли бы реагировать в таких условиях. Поэтому гидромеханики Технического университета Фрайберга исследуют, почему сапсан может маневрировать на таких высоких скоростях и почему его тело может выдерживать действующие на него силы.
Для этого исследователи погружают под воду сапсана - не живое животное, конечно, а модель птицы. В водном канале они могут имитировать поведение птицы при полете и таким образом - с помощью мелких частиц - сделать видимыми характеристики потока. «Текущая вода уносит с собой легко фотографируемые частицы и, таким образом, делает видимыми такие явления течения, как водовороты», - объясняет Бенджамин Пониц. «Хотя вода намного плотнее воздуха, линии тока показывают те же процессы течения, что и в реальности, благодаря теории подобия. Это позволяет нам изучать эффекты на более низкой скорости».
Высокоскоростные камеры снимают погружение
Потому что за процессами трудно наблюдать невооруженным глазом, как показывает другой подэксперимент. Чтобы измерить траекторию полета и скорость воздушного акробата, ученые Фрайберга вместе с коллегами из Боннского университета сняли соколов, падающих со стены плотины Олефтальсперре в Эйфеле. Погружение на глубину около 70 метров, во время которого обученные птицы развивают скорость около 100 километров в час, фиксируется двумя высокоскоростными камерами, фиксирующими каждое движение. «Мы реконструируем трехмерную траекторию полета хищной птицы по данным, полученным с двух камер», - описывает Пониц.
«Записи показывают, что при нырянии сокол сворачивает крылья очень близко к телу, таким образом достигая адаптированной формы тела, которая делает возможной высокую скорость», - говорит Пониз. Однако изображения также показывают, что птица без труда переходит от пикирования к подъему. Поэтому инженеры-аэродинамики Бергакадемии моделируют полет в аэродинамической трубе с помощью точной модели сапсана, чтобы объяснить, почему животное способно справляться с возникающими аэродинамическими нагрузками.
Силы стали видимыми
Исследователи могут регистрировать силы, воздействующие на птицу, с помощью измерительного устройства, которое регистрирует даже самые маленькие силы - так называемые трехкомпонентные весы. «Таким образом, можно определить и изучить отдельные компоненты, определяющие поведение силы в модели, т. е. силы сопротивления и подъемной силы, а также опрокидывающий момент», - объясняет Пониц.
Это может дать новый импульс для проектирования самолетов. «Исходя из результатов экспериментов в свободном полете на плотине, испытаний в аэродинамической и водяной трубах, а также текущего численного моделирования, мы надеемся, что сможем сделать выводы для будущих концепций самолетов - например, для так называемых «летающих летательных аппаратов». крыло. Это самолет, в котором крылья и фюзеляж неразрывны. «Если нам удастся выяснить, как животное сохраняет устойчивость во время пикирования, мы сможем применить полученные результаты при проектировании новых типов самолетов», - с уверенностью говорит Пониц.