Skrzydła inspirowane piórami samolotu mogą zwiększyć wydajność lotu

Pióra samolotowe mogą być następną wielką sprawą w lotnictwie.

Skrzydła ptaków są wyprofilowane z nakładających się rzędów piór, rozchodzących się od okolic ramienia. Te "pióra kryształowe" pomagają ptakom manewrować przez powietrze. Mogą również poprawić wydajność samolotów. Pokrycie skrzydeł samolotowych lekkimi klapami, które naśladują pióra kryształowe, może zwiększyć siłę nośną, zmniejszyć opór i zapobiec zatrzaśnięciu, donoszą badacze 28 października w czasopiśmie Proceedings of the National Academy of Sciences.

Pomóż nam się ulepszyć, biorąc udział w naszej ankietowaniu czytelników składającej się z 15 pytań.

Wiele samolotów posiada już klapy i spoilery na swoich skrzydłach. Ale w przeciwieństwie do tych komponentów, klapy zainspirowane biologią wyprowadzą z bezczynności, gdy skrzydła zostaną wystawione na napływające powietrze pod dużym kątem, sytuacji znanej jako duży kąt ataku (SN: 1/12/24). "Nie są one sterowane jakimś silnikiem czy aktuatorem hydraulicznym," mówi inżynier Aimy Wissa z Uniwersytetu Princeton. Co więcej, "są one rozmieszczone na całych skrzydłach, nie tylko z tyłu czy z przodu."

W eksperymentach w tunelu aerodynamicznym Wissa i jej koledzy zbadali, w jaki sposób kilka rzędów klap wpływa na przepływ powietrza wokół profilów aerodynamicznych. Odkryli, że klapy oddziałują na przepływ w dwa sposoby. Klapy umieszczone blisko przodu profilu aerodynamicznego pomogły utrzymać przepływ powietrza wokół niego blisko skrzydła, co doprowadziło do poprawy siły nośnej i zmniejszenia oporu. Dodanie więcej rzędów klap zwiększyło ten efekt.

Odkryli także, że zainstalowanie pojedynczego rzędu klap blisko tylnej krawędzi profilu aerodynamicznego zablokowało wysokie ciśnienie powietrza blisko krawędzi spływu od przemieszczania się w kierunku przodu skrzydła. Jest to ważne, ponieważ niskie ciśnienie w tej strefie jest potrzebne do produkcji siły nośnej, mówi Wissa. Dodanie pięciu rzędów klap do profili aerodynamicznych poprawiło siłę nośną nawet o 45 procent i zmniejszyło opór o 31 procent, stwierdzili współpracownicy Wissy.

Kolejne testy z samolotami zdalnie sterowanymi pokazały również, że klapy zmniejszają zjawisko zatrzaśnięcia, które polega na nagłej utracie siły nośnej pod dużymi kątami ataku, zwiększając zakres kąta ataku statku powietrznego o 9 procent. Klapy poprawiły również stabilność lotu, zauważa Wissa.

Zwiększony zakres może być szczególnie pomocny podczas lotu przez silne podmuchy wiatru lub podczas lądowania na bardzo krótkich pasach startowych. Bez klap, może nie być możliwe bezpieczne wykonanie takich manewrów, mówi Wissa. "Ale teraz jest to możliwe."