Принципы полета хищных птиц планируют использовать в авиации

Американские и британские ученые показали, что изучение полета хищных птиц может лечь в основу новых инженерных решений для авиации, включая реактивные самолеты и беспилотные летательные аппараты. В ходе исследования специалисты проанализировали, как пустынный канюк меняет форму крыльев и хвоста во время свободного планирования, и пришли к выводу, что способность птицы быстро переходить между устойчивыми и неустойчивыми режимами полета обеспечивает ей высокую манёвренность в сложной среде.

Работа была выполнена совместной группой исследователей из University of Oxford и University of California, Davis. Ученые применили сочетание системы захвата движения и экспериментов в аэродинамической трубе, чтобы проследить, как пустынный канюк изменяет конфигурацию крыльев и хвоста при пролете через узкий проем. Такой манёвр характерен для естественного поведения этих птиц, которые охотятся в группе и часто маневрируют между деревьями и кактусами.

Для экспериментов в полетном зале Оксфордского университета исследователи сняли на высокоточные камеры планирующий полет птицы от одной жерди к другой. На траектории полета были установлены мягкие стойки, создающие узкий проход, что вынуждало пустынного канюка поджимать крылья. После анализа видеоданных ученые воссоздали трехмерные модели крыльев и хвоста на разных этапах манёвра и изготовили их с помощью 3D-печати из смолы.

Эти модели были испытаны в аэродинамической трубе инженерного колледжа Калифорнийского университета в Дейвисе. Эксперименты показали, что при расправленных крыльях конфигурация полета характеризуется неустойчивостью, что в аэродинамике соответствует высокой манёвренности, подобной той, которой обладают истребители. Напротив, при поджатых крыльях система становится статически устойчивой, позволяя поддерживать более ровный и предсказуемый полет.

Результаты работы продемонстрировали, что между подъемной силой и продольным моментом у расправленной конфигурации существует нелинейная зависимость. Это означает, что в зависимости от режима полета одна и та же форма может вести себя как устойчивая или неустойчивая. Такая гибкость, по словам авторов, ранее оставалась недооцененным источником повышения летных характеристик.

Исследование было опубликовано в научном журнале Journal of the Royal Society Interface. В статье отмечается, что в процессе пролета через узкий проход пустынный канюк переходит от неустойчивой расправленной конфигурации к устойчивой поджатой, при этом эффективный статический запас устойчивости изменяется от минус 25 до плюс 19 процентов от опорной хорды крыла.

Авторы подчеркивают, что в отличие от большинства традиционных летательных аппаратов, созданных человеком, птицы способны активно и быстро переключаться между устойчивыми и неустойчивыми состояниями. По мнению исследователей, учет этого биоинспирированного принципа может способствовать созданию новых конструкций беспилотных летательных аппаратов с фиксированным крылом, способных к резким и контролируемым переходам между различными режимами полета.