Инженеры и биологи уже много десятилетий стремятся понять, как устроены крылья сов, чтобы воссоздать их свойства в летательных аппаратах, турбинах и даже дронах.
Совиные крылья не только обеспечивают бесшумный полет, но и служат идеалом для инженеров, работающих над созданием более экологически чистых технологий, снижающих уровень шума. Эти исследования показывают, что, объединив природные решения с передовыми технологиями, можно добиться ощутимых результатов, способных преобразовать авиацию и энергетику.
Особое внимание ученых привлекли задние кромки совиных крыльев. Исследователи из китайского Университета Сиань Цзяотун создали модели турбинных лопастей, вдохновленные этой структурой, для уменьшения шума от турбомашин. Задняя кромка совиного крыла состоит из мелких зубцов, благодаря чему воздушные потоки рассеиваются, что приглушает характерный свист, часто возникающий при движении воздуха вдоль гладких поверхностей обычных турбин и лопастей. Подобная конструкция уже применяется в современных ветряных турбинах, например, компания Siemens Gamesa использует пилообразные задние кромки в своих турбинах, что снижает шумовое загрязнение и уменьшает нагрузку на экосистемы.
Однако китайские исследователи отметили, что потенциал такой конструкции не до конца раскрыт. Несмотря на то, что зубчатая форма задней кромки уменьшает шум, для достижения аналогичного эффекта, как у совиного крыла, нужно адаптировать эту структуру. В ходе моделирования ученые тестировали различные конфигурации кромок, вдохновленные особенностями крыла ушастой совы. Изменяя форму кромок, исследователи создавали теоретические модели турбин, где заостренные зубцы, изогнутые и расположенные в два слоя, наподобие перьев совы, позволили значительно снизить шум. Модели показали, что кромка с гладкой структурой создает наибольший шум, в то время как зубчатая структура эффективно приглушает звук.
Особенности строения совиного крыла вдохновляют ученых уже почти столетие. Ночные совы благодаря уникальной структуре крыльев издают на 18 децибел меньше шума, чем другие птицы при аналогичной скорости полета. Как объясняет инженер Джастин Яворски из Университета Лихай, такие характеристики делают сову настоящим "тотемным животным" для воздушной акустики. Исследователи, вдохновляясь птицами, экспериментируют с различными конфигурациями, которые могли бы улучшить аэродинамические свойства турбин и летательных аппаратов.
Благодаря своей природной тишине совы незаменимы в экспериментах по аэродинамике и аэроакустике. Ученые установили, что крылья птиц, таких как совы и стрижи, способны минимизировать шум за счет особой формы задней кромки. Исследования показали, что аэродинамическая структура крыла, подобная структуре крыла стрижа, позволяет создавать высокоэффективные конструкции для дронов, которые могли бы использоваться в долгосрочных полетах, снижая шум и повышая скрытность.
Сама структура крыла совы является образцом сложной биомиметики. Птицы обладают уникальными геометрическими свойствами, которые невозможно воссоздать с абсолютной точностью. Крыло совы покрыто различными по размеру перьями, которые играют роль естественного звукоизолятора, предотвращая турбулентность и глуша шум. Пытаясь смоделировать эту особенность, инженеры проводят множество тестов и используют математические модели, чтобы имитировать звукоизолирующие функции крыльев птиц.
Форма крыла, как правило, имеет большое значение для аэродинамики. Гладкая задняя кромка усиливает шум от воздушного потока, который становится турбулентным и создает высокочастотный шум, когда достигает края. Именно поэтому зубчатая структура, напоминающая строение совиного крыла, считается наиболее перспективной для снижения уровня шума. Совы обладают густыми, мягкими перьями, которые также поглощают звук и сглаживают турбулентность, что позволяет им оставаться незаметными для потенциальной добычи.
Современные инженеры стремятся воссоздать структуру совиного крыла для снижения шума, но до сих пор не удалось создать модель, которая бы полностью повторяла эффект бесшумного полета совы. Эта задача остается одной из самых трудных в области аэродинамики и биомиметики. Ученые надеются, что в будущем они смогут раскрыть больше тайн полета сов и использовать полученные знания для разработки технологий, которые будут работать также тихо и эффективно, как и природа.
2
