Ingeniører, zoologer afslører, hvordan måger vinge form for stabil svævning

Et unikt samarbejde mellem University of British Columbia (UBC) zoologer og U of T Engineerings luftfartsekspert professor Philippe Lavoie giver ny indsigt i, hvordan måger konfigurerer deres vingeform - kendt som wing morphing - for at stabilisere deres flyvning. Resultaterne kunne bruges til at designe mere effektive flyvende køretøjer, herunder svævende droner til landbrug eller miljøovervågning.

Selvom en glidende fugls evne til at stabilisere sin flyvebane er lige så kritisk som dens evne til at producere løft, Der er gennemført relativt få kvantitative undersøgelser af flyvestabilitet. Dette er, hvad der bragte UBC-forskere Christina Harvey, Vikram Baliga og professor Doug Altshuler til Lavoies vindtunnellaboratorium ved University of Toronto Institute for Aerospace Studies (UTIAS).

Forskerne målte løft og træk på 12 forskellige vingeformer, alle med lidt forskellige albue- og skuldervinkler. De fastslog, at med en simpel justering af en måges albueled - enten for at udvide dens vinger udad eller indad - er måger i stand til at skifte hen over en bred vifte af vingeformer for at stabilisere glidningen. Når man svæver, vingerne er helt udstrakte og har en mere afrundet form, hvilket øger deres stabilitet. Når de letter eller lander, er de gemt mere ind og har en fladere form.

"Hvis du kan ændre vingernes form, du kan skabe mere stabile konfigurationer med lavere træk, når du ønsker mere udholdenhed, " siger Lavoie. "Måger kan bruge updrafts til at øge højden, så de ikke behøver at slå så meget med vingerne for at spare energi. Men hvis de har brug for hurtige manøvrer, som at dykke for at fange fisk, de kan ændre formen på vingen til det særlige formål."

At studere, hvordan måger bruger vingeform til at svæve lange afstande og kontrollere deres flyvning, er særligt interessant for Lavoie på grund af potentialet til at informere design af fremtidige fly, inklusive fastvingede upilotede luftfartøjer (UAV'er), også kendt som droner.

"Fordelen ved morphing er, at du ikke har brug for voluminøse kontroloverflader under flyvning, og det gør det nemmere at udnytte energihøst gennem skyhøje, " siger Lavoie. Han forestiller sig droner med faste vinger, der kunne kysse på termiske opstrømninger, mens de scanner rørledninger for defekter, se efter tegn på tørke eller afgrødesygdom på store gårde, eller overvåge rensdyrbesætningernes bevægelser. Fastvingede droner kan også bruges til at spore omfanget og udviklingen af ​​skovbrande.

"Idéen med bio-inspireret forskning er at prøve at forstå, hvordan naturen gør det, i betragtning af at det havde millioner af år til at tilpasse sig visse forhold, " siger Lavoie. "Når vi gør det, vi kan se, om der er elementer, som vi kan plukke ud til vores egne designs."

Forskerne understregede også fordelene og betydningen af ​​tværfaglig forskning.

"Det var en stor oplevelse at arbejde med professor Lavoie, hvis erfaring og viden var en uundværlig del af projektet. At udføre forskningen ved UTIAS vindtunnel var en vigtig del af arbejdet, " sagde Harvey. "Jeg ser frem til at fortsætte med at kombinere tekniske værktøjer og ekspertise med biologiske spørgsmål, så vi bedre kan forstå fugleflyvning."

"Det var et meget sjovt projekt, det er altid rart at have disse forskellige muligheder, der kommer fra et andet felt, " tilføjer Lavoie. "Det holder tingene friske, og får dig til at tænke på problemer fra en anden vinkel."