2022-09-11
 
工程师们研究鸟类飞行,着眼于改进无人驾驶飞机
2022年09月11日   阅读量:204

几个世纪以来,人们一直对鸟类飞行着迷,但鸟类如何在空中如此敏捷仍然是个谜。9月5日发表在《美国国家科学院院刊》上的一项新研究利用建模和空气动力学来描述海鸥如何改变翅膀形状,以控制它们对阵风或其他干扰的反应。有一天,这些经验教训可能会适用于未覆盖的飞行器或其他飞行器。

“鸟类很容易执行具有挑战性的动作,而且它们适应性强,因此,它们的飞行到底是什么最有助于未来飞机的实现?”加州大学戴维斯分校机械与航空航天工程系助理教授、论文主要作者克里斯蒂娜·哈维说。

哈维在获得机械工程学士学位后,作为不列颠哥伦比亚大学动物学硕士生开始研究海鸥。

“海鸥很常见,很容易找到,它们真是令人印象深刻的滑翔机,”她说。

哈维在密歇根大学读博士时继续研究海鸥。在完成航空航天工程博士学位后,她最近加入了加州大学戴维斯分校。

今年3月,哈维和密歇根大学的同事在《自然》杂志上发表了一篇论文,分析了22种鸟类的飞行动力学。而之前的研究往往侧重于空气动力学鈥攈哦,空气在鸟的周围流动鈥擧arvey开发了描述鸟类惯性特性的方程,如重心和中性点,其中空气动力可以一致地建模为点力。

飞机通常设计为稳定或不稳定。一架稳定的飞机在受到扰动时(例如,被阵风推高)会倾向于返回稳定飞行。例如,这在客机上是可取的,但在喷气式战斗机上则不可取。高度机动的飞机被设计成不稳定的。

在《自然》杂志的论文中,哈维和同事们表明,几乎所有被研究的鸟类都能够稳定和不稳定飞行,并利用翅膀的运动在这两种模式之间转换。

可控飞行

这项新的研究建立在这项工作的基础上,将使用风洞中海鸥和海鸥翼的3D打印模型的空气动力学研究与惯性力的计算机建模结合起来,以了解海鸥如何沿其长轴(下降或上升)实现稳定性。

他们发现,海鸥可以通过调整手腕和肘部关节以及改变翅膀的形状来调整它们对该轴扰动的反应。研究小组能够预测海鸥的飞行品质,以及它们从阵风等扰动中恢复的速度。该反应时间也为鸟类的“可控范围”以及将鸟类飞行动力学应用于飞机提供了见解。

“飞行质量分析提出了这样一个问题:如果你建造了一架完全像海鸥一样的飞机,人类能驾驶它吗?”哈维说。

随着无人驾驶飞行器或无人机的广泛使用,它们需要能够在复杂的城市环境中导航,这是鸟类非常擅长的。对鸟类飞行的深入了解有助于改进各种用途的无人机设计。

哈维将于今年秋天在加州大学戴维斯分校开设她的实验室。她希望与其他校园研究人员合作,包括加州猛禽中心和生物科学学院昆虫飞行研究人员。

“关于鸟类飞行,有很多悬而未决的问题,”她说,“我期待着看到外面还有什么可以发现的。”

免责声明: 本文仅代表作者本人观点,与中国机械网无关。本网对文中陈述、观点判断保持中立,不对所包含内容的准确性、可靠性或完整性提供任何明示或暗示的保证。请读者仅作参考,并请自行承担全部责任。本网转载自其它媒体的信息,转载目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点和对其真实性负责。如因作品内容、版权和其它问题需要同本网联系的,请在一周内进行,以便我们及时处理。
客服邮箱:service@cnso360.com | 客服QQ:23341571