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鷗翼的風洞測試可用于設計更高效的飛行器

文章作者:www.utbltn.icu發布時間:2020-01-16瀏覽次數:1859

不列顛哥倫比亞大學(UBC)動物學家與U of T Engineering航空專家Philippe Lavoie教授之間的獨特合作,為海鷗如何配置其翅膀形狀(稱為機翼變形)以穩定其飛行提供了新的見解。這些發現可用于設計更高效的飛機,包括用于農業或環境監測的高空無人機。

雖然滑翔機穩定飛行路徑的能力與其產生升力的能力同樣重要,但已完成相對較少的鳥類飛行穩定性定量研究。這是UBC研究員Christina Harvey,Vikram Baliga教授和Doug Altshuler教授在多倫多航空航天研究所(UTIAS)風洞實驗室領導Lavoie。

研究人員測量了12種不同機翼形狀的升力和阻力,所有機翼的肘部和肩部角度略有不同。他們通過簡單地調整鷗的肘關節來確定 - 向外或向內擴展它的翅膀 - 海鷗能夠過渡到各種翼形以穩定滑翔。飆升時,機翼完全伸展,形狀更圓潤,增加了穩定性。當起飛或著陸時,它們更嵌入并且具有更平坦的形狀。

“如果你可以改變機翼的形狀,你可以在需要更多耐力時創造更穩定的配置和更低的阻力,”Lavoie說。 “海鷗可以使用上升氣流來增加高度,因此他們不必為了節省能量而翻動翅膀。但如果他們需要快速操縱,例如潛水,他們可以改變機翼的形狀。“

研究海鷗如何使用機翼形狀進行長距離飛行和控制飛行對于Lavoie尤其有用,因為它有可能為未來的飛機設計提供信息,包括固定翼無人機(UAV),也稱為無人機。

“變形的優勢在于你在飛行過程中不需要笨重的控制面,因此你可以通過飆升更容易地使用能量收集,”Lavoie說。他想象固定翼無人機可以在熱的上升氣流上滑行,因為他們掃描管道中的缺陷,在大型農場尋找干旱或作物病害的跡象,或監測馴鹿群的移動。固定翼無人機也可用于追蹤森林火災的范圍和演變。

“生物啟發研究的想法是試圖了解大自然如何做到這一點,因為它有數百萬年的時間適應某些條件,”Lavoie說。 “一旦我們這樣做,我們就可以看出是否有我們可以為我們的設計選擇的元素。”

研究人員還強調了跨學科研究的益處和重要性。

“與Lavoie教授合作是一次很棒的經歷,他的經驗和知識是該項目不可或缺的一部分。 UTIAS風洞的研究是這項工作的關鍵部分,“哈維說。 “我期待繼續將工程工具和專業知識與生物學問題結合起來,以便我們更好地了解鳥類飛行。”

“這是一個非常有趣的項目,從不同領域獲得這些不同的機會總是好的,”Lavoie補充道。 “它讓事情變得新鮮,讓你從不同角度思考問題。”

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