211service.com
Dlaczego elastyczność jest kluczem do trzepotania lotu?
Machnij przez chwilę rękami, a wkrótce zauważysz, że ciągły cykl przyspieszania i zwalniania wymaga, a nawet marnuje ogromne ilości energii. A jednak dla ptaków trzepotanie skrzydłami jest bardzo wydajnym środkiem napędowym. Pytanie, które wciąż nurtuje aerodynamików, to sposób, w jaki ptaki są w stanie zminimalizować koszty energii związane z lotem, jednocześnie generując użyteczne siły aerodynamiczne.
Inżynierowie od dawna zdali sobie sprawę, że elastyczność trzepoczącego skrzydła jest częścią odpowiedzi, ale mają niewiele więcej niż machanie rękami, aby wyjaśnić, dlaczego. Myślenie polega na tym, że skrzydło przechowuje elastyczną energię potencjalną podczas zginania, a następnie uwalnia ją w korzystnej części cyklu trzepotania. Jednak brak dobrych dowodów eksperymentalnych pozwalających określić ilościowo ten proces oznacza, że zrozumienie jest nadal pobieżne.
Jednym z problemów jest trudność w badaniu złożonej interakcji między maszynami trzepoczącymi a powietrzem. Różne eksperymenty mierzyły siły, jakich doświadcza skrzydło podczas trzepotania w strumieniu powietrza generowanym w tunelu aerodynamicznym. Jest to jednak wysoce sztuczna sytuacja, w której ruch powietrza jest całkowicie oddzielony od ruchu skrzydeł. Wydaje się jasne, że w prawdziwym locie charakter interakcji między skrzydłem a powietrzem jest kluczowy, a jednak nikt nie zbadał tego szczegółowo.Do dzisiaj. Benjamin Thiria i Ramiro Godoy-Diana z Université Denis Diderot w Paryżu zbudowali samobieżne, trzepoczące skrzydło i zbadali siły działające podczas ruchu w powietrzu oraz to, jak deformuje to skrzydło przymocowane do karuzeli. kręci się w kółko, gdy trzepocze (patrz powyżej).
Wyniki dostarczają ważnego wglądu w mechanikę trzepoczącego lotu. Mówią: wpływ elastyczności skrzydeł na wydajność trzepotania lotników można traktować jako dwuetapowy proces: problem mechaniki ciała stałego, w którym równowaga między siłami bezwładności i sprężystości determinuje chwilowy kształt skrzydeł podatnych, po których następuje Problem dynamiki płynów, w którym warunki brzegowe określone w poprzednim kroku regulują rozkład sił aerodynamicznych.
W konsekwencji stosunek sił bezwładności odkształcających skrzydło do sił sprężystych przywracających jego kształt jest ważnym parametrem konstrukcyjnym. Nazywają ten stosunek liczbą sprężysto-inercjalną.
Zrozumienie tego współczynnika, który może zmieniać się w różnych częściach skrzydła, może okazać się kluczową częścią układanki dla inżynierów próbujących zaprojektować i zbudować lepsze trzepoczące lotniki: ważne jest, aby elastyczność skrzydeł była ważna.
Ma to również ważne implikacje dla efektywności lotu. Thiria i Godoy-Diana mówią: Nasze pomiary pokazują, że sprężysty charakter skrzydeł może prowadzić nie tylko do znacznego zmniejszenia zużywanej mocy, ale także do wzrostu siły napędowej. Co ostatecznie potwierdza podejrzenia inżynierów dotyczące magazynowania i uwalniania energii sprężystej.
Nr ref.: arxiv.org/abs/1002.4890 : Schylanie się do lotu