Mere end en ujævn tur:Turbulens giver fugle et boost

De fleste fornuftige flyrejsende frygter turbulens. Et lille atmosfærisk hikke kan ryste fly, rasle nerver og spilde drikkevarer. En undersøgelse ledet af Cornell University viste, at fugle overhovedet ikke har noget imod det.

Ved at kombinere vindhastighedsdata med de målte accelerationer af en kongeørn udstyret med GPS-sporingsinstrumenter, forskerne foreslår, at snarere end at hindre flyvning, turbulens er en energikilde, som fugle kan bruge til deres fordel.

Denne kontraintuitive opdagelse kunne revidere, hvad vi ved om fugleflyvning, og hjælpe rumfartsindustrien med at udvikle sig hurtigere, mere effektive måder at flyve på i turbulente omgivelser.

Papiret, "Turbulens forklarer accelerationerne af en ørn i naturlig flyvning, " offentliggjort i PNAS . Hovedforfatteren var doktorand Kasey Laurent.

Selvom fuglenes flugt kan virke let og yndefuld for jordbundne tilskuere, bevingede dyr navigerer faktisk luftstrøm, der er struktureret, struktureret og konstant i flux, ifølge Gregory Bewley, assisterende professor ved Sibley School of Mechanical and Aerospace Engineering, der ledede holdet.

For at tage sine eksperimenter ud af laboratoriet og op i himlen, Bewleys team samarbejdede med to grupper - Conservation Science Global og Cellular Tracking Technologies. Forskere fra disse virksomheder fangede en kvindelig kongeørn i Alabama, rigget det til med en solar GPS-telemetrienhed med et accelerometer, der vejer mindre end 3 ounce, så løslod fuglen.

I løbet af 17 dage, da ørnen vandrede nordpå langs Appalacherne mod Canada, GPS-"rygsækken" transmitterede mere end 200 timers data – inklusive placeringskoordinater, højde, kørehastighed og tri-aksial acceleration - via mobilnetværk.

Bewleys laboratorium indhentede derefter vindhastighedsdata fra National Centers for Environmental Predictions vejrhistoriedatabaser og kortlagde det på ørnens flyvemålinger, identificere fuglens forskellige flyvende og ikke-flyvende adfærd.

De fandt en "meget uregelmæssig, fluktuerende mønster" i ørnens accelerationer, som ligner de typiske baner for partikler i turbulente luftstrømme. På tidsskalaer fra 0,5 til 10 sekunder – hvilket svarer til cirka 1 til 25 vingeslag – var ørnens accelerationer og atmosfæriske turbulens fuldstændig synkroniserede.

Og hvor intense er disse accelerationer? Som et sammenligningspunkt, personer, der kører i bil eller ombord på et kommercielt fly, oplever mindre end 0,1 g, eller en faktor af jordens gravitationsacceleration. I mellemtiden fuglenes accelerationer overstiger 1 g - hvilket ville kaste disse menneskelige passagerer ud af deres sæder.

Selvfølgelig, Luftfartsingeniører stræber efter at reducere turbulens så meget som muligt, og ingen flypassagerer eller piloter ønsker en ujævn tur. Men Bewley mener, at der er muligheder for at udnytte turbulensens energi, især til personløs transport og små rekognosceringsfly.

"Hvis du kunne finde en vej, hvor hver hvirvel skubber dig den rigtige vej, så kommer du åbenbart dertil lidt hurtigere med lidt mindre energi, " sagde Bewley. "Vi arbejder stadig hårdt på at forstå turbulens i sig selv. Jeg synes, det er fascinerende, at der kan være noget praktisk empirisk viden inkorporeret i dyrelivet, som vi endnu ikke sætter pris på."