Kodėl elastingumas yra raktas į sklandantį skrydį?

Kurį laiką suplakite rankas ir netrukus pastebėsite, kad nuolatinis greitėjimo ir lėtėjimo ciklas reikalauja ir netgi eikvoja didžiulius energijos kiekius. Ir vis dėlto paukščiams sparnų plakimas yra labai efektyvi varymo priemonė. Klausimas, kuris vis dar glumina aerodinamiką, yra tai, kaip paukščiai gali sumažinti skrydžio energijos sąnaudas ir generuoti naudingas aerodinamines jėgas.

Inžinieriai jau seniai suprato, kad besiplečiančio sparno elastingumas yra dalis atsakymo, tačiau jie turi tik mojuojant rankomis argumentus, paaiškinančius kodėl. Manoma, kad sparnas kaupia elastinę potencialią energiją lenkdamas, o vėliau ją atpalaiduoja palankioje plazdėjimo ciklo dalyje. Tačiau tai, kad nėra gerų eksperimentinių įrodymų šiam procesui kiekybiškai įvertinti, reiškia, kad supratimas vis dar yra eskizinis.

Viena iš problemų yra sudėtingos plasnojančių mašinų ir oro sąveikos tyrimo sunkumai. Įvairiais eksperimentais buvo išmatuotos jėgos, kurias patiria sparnas, kai jis sklendžia vėjo tunelyje generuojamą oro srautą. Tačiau tai yra labai dirbtinė situacija, kai oro judėjimas yra visiškai atskirtas nuo sparno judesio. Atrodo aišku, kad realiame skrydžio metu sparno ir oro sąveikos pobūdis yra labai svarbus, tačiau niekas to išsamiai netyrė.

Iki šiandien. Benjaminas Thiria ir Ramiro Godoy-Diana iš Université Denis Diderot Paryžiuje pastatė savaeigį besiplečiantį sparną ir ištyrė jėgas, veikiančias jam judant oru ir kaip tai deformuoja sparną, pritvirtintą prie karuselės. jis sukasi apskritimais, kai sklendžia (žr. aukščiau).

Rezultatai suteikia svarbią įžvalgą apie skraidymo mechaniką. Jie sako: sparnų lankstumo poveikis plevėsuojančių skrajučių efektyvumui gali būti suvokiamas kaip dviejų etapų procesas: tvirta mechanikos problema, kai inercinių ir elastinių jėgų pusiausvyra lemia momentinę lanksčių sparnų formą, o po to skysčių dinamikos problema, kai ankstesniame žingsnyje nustatytos ribinės sąlygos reguliuoja aerodinaminių jėgų pasiskirstymą.

Vadinasi, sparną deformuojančių inercinių jėgų ir jo formą atkuriančių elastingumo jėgų santykis yra svarbus konstrukcijos parametras. Jie šį santykį vadina elasto-inerciniu skaičiumi.

Šio santykio, kuris gali keistis įvairiose sparno dalyse, supratimas gali tapti svarbia galvosūkio dalimi inžinieriams, bandantiems sukurti ir sukurti geresnes plevėsuojančias skrajutes: svarbiausia yra tai, kad sparnų lankstumas yra svarbus.

Tai taip pat turi svarbių pasekmių skrydžio efektyvumui. Thiria ir Godoy-Diana sako: Mūsų matavimai rodo, kad sparnų elastingumas gali lemti ne tik reikšmingą suvartojamos galios sumažėjimą, bet ir varomosios jėgos padidėjimą. Tai pagaliau patvirtina inžinierių įtarimus dėl tamprios energijos kaupimo ir išlaisvinimo.

Nuoroda: arxiv.org/abs/1002.4890 : Lenkiantis skristi

paslėpti