受羽毛启发的襟翼或可防止飞机失速

受羽毛启发的襟翼或可防止飞机失速

如果您曾经坐在飞机机翼上俯瞰机翼,那么您可能会注意到机翼边缘有多个襟翼,它们在起飞和降落时会进行调整。这些部件就像鸟的羽毛一样,对于控制飞行器在飞行过程中的旋转、升力和阻力必不可少。然而,与鸟类的羽毛不同,这些装置通常沿着机翼单排放置,并且需要电子元件在飞行过程中进行控制。

与此同时,数百万年来,鸟类一直在天空中翱翔,它们拥有成倍增加的“襟翼”,即隐蔽的羽毛群,可以被动地根据气流进行调整。一些工程师从鸟类身上获得启发,认为飞机可以制造得更安全、更节能。他们的研究结果于 10 月 28 日发表在《美国国家科学院院刊》上,似乎支持这种羽毛飞机升级。

普林斯顿大学的研究人员最近对一架小型遥控模型飞机进行了升级,增加了模仿隐羽的襟翼排。隐羽是鸟类的羽毛群,在应对风阵和着陆等复杂动作时会被动调整。通过这种方式,该团队认为类似的仿生设计有朝一日可能有助于飞机提高整体性能,避免潜在的危险失速紧急情况。

虽然之前的“研究表明[隐性羽毛]可以增强飞行性能,例如着陆或穿越阵风飞行”,但该团队写道,“目前对其背后的物理原理或多排襟翼的含义尚无共识。”为了解决这个问题,他们首先在 3D 打印的比例模型飞机机翼上安装了两到五排隐性襟翼,然后在 30 英尺高的装置中对其原型进行风洞测试。在风洞内,传感器以及激光和高速摄像机的组合在各种条件模拟期间精确测量了机翼周围的气流。他们还使用了一个装有标准单排襟翼的机翼模型作为对照。

“风洞实验让我们能够非常精确地测量空气与机翼和襟翼的相互作用,我们可以从物理角度看到实际发生的情况,”博士后研究员、研究主要作者 Girguis Sedkey 在周一的大学简介中说道。在分析数据后,Sedkey 及其团队确定了襟翼控制机翼周围气流的具体方式。其中之一,即“剪切层相互作用”,此前从未在航空测试中被记录下来。

“这一新机制的发现揭开了鸟类为何在机翼前部长有这些羽毛以及我们如何将这些襟翼用于飞机的秘密,”机械和航空航天工程助理教授兼这项研究的首席研究员 Aimy Wissa 补充道。Wissa 补充说,在所有模型中,五排设计表现最佳,升力提高了 45%,阻力降低了 30%。

她解释道:“机翼前部添加的襟翼越多,性能效益就越高。”

[相关:飞机如何飞行? ]

在这些初步实验之后,Wissa 的团队开始进行户外飞行测试,使用从普林斯顿大学萨默塞特 RC 模型飞机俱乐部借来的鸟形 R/C 无人驾驶飞机。工程师首先安装了隐蔽襟翼排,然后对机载飞行计算机进行编程,使其自动失速。然后,研究人员启动他们的模型,观察它如何应对空中挑战。每次计算机启动失速时,飞机的隐蔽襟翼排都会被动展开,以减轻失速强度。

“这就是仿生设计的力量,”维萨说。“能够将生物学的东西转移到工程学上,以改进我们的机械系统,同时还能使用我们的工程工具来解答有关生物学的问题。”

Wissa 和她的同事认为,鸟类的隐羽可能不仅仅适用于飞机。考虑到气流流体动力学,他们指出,探索类似的适应性以改善汽车、潜水器甚至风力涡轮机的效率和安全性具有潜力。

<<:  愚人金中发现 4.5 亿年前的节肢动物

>>:  泰坦尼克号上的一块煤在拍卖会上可以拍出 780 美元

推荐阅读

微生物农业如何帮助改造火星

上周,美国宇航局首次披露在盐水沉积物中发现液态水,火星因此受到广泛关注。通过结合光谱读数和计算机分析...

蜜蜂盗窃几乎是一种完美的犯罪——但城里来了一位新警长

蜜蜂窃贼在夜间出没,飞来飞去的速度比它们偷走的昆虫翅膀还快。而且它们总会留下踪迹。雷·奥利瓦雷斯 (...

这颗恒星正以极其接近黑洞的速度运行

哈利和莎莉。特里斯坦和伊索尔德。奇奇和蒂蒂。他们都是标志性的二人​​组。但他们在 X9 上一无是处。...

美国行人死亡人数创历史新高

一想到交通事故,人们就会联想到车祸,这是可以理解的反应:美国国家公路交通安全管理局估计,2021 年...

这个文艺复兴时期的婴儿因在黑暗中生活了一年而死亡

适量的阳光实际上对我们非常有益。当你想通关电子游戏、在 Netflix 上连续观看扣人心弦的新剧集或...

创客之王

初次见面时,卡尔·巴斯看起来就像其他周末木匠。他穿着破旧的 T 恤和牛仔裤,用木柄握手,笑声洪亮而刺...

立即参与 2016 年发明奖评选

欢迎参加第十届年度发明奖颁奖典礼!2016 年 5 月刊的《大众科学》将表彰那些将想法变成现实的车库...

以全新方式观察细胞内部

细胞就像汽车一样,如果没有所有部件,细胞就无法正常运作。但与汽车不同的是,科学家仍未完全了解细胞所有...

20年未见的“迷失之鸟”首次被拍摄

重新发现一个消失的物种令人兴奋,对促进保护工作也很重要。然而,这并不是一件容易的事情。一支国际科学家...

喷气发动机及其搭载飞机的惊人历史

1942 年 10 月 1 日是航空史的一个不同寻常的开端。许多人从 1903 年莱特兄弟在基蒂霍...

绿山高中挑战甲子园:励志故事与评价

绿山高中甲子园版 - 绿山高中甲子园版■ 公共媒体剧院■ 原创媒体漫画■ 发布日期1990 年 6 ...

大肆宣传:初创公司竞相将超级高铁变成现实

也许是扬声器里播放着 Guns N' Roses 的歌曲。又或许是迪拜本身的魅力,这座新兴大...

观看日本研究船发射电磁炮

10 月 17 日,日本军方宣布已成功在船上试射电磁炮。此次试验由日本的 DARPA 模拟机构——采...

本周我们了解到的最奇怪的事情:你可以把自己做成木乃伊直至死亡,迪士尼充满了军事科技

本周你学到的最奇怪的事情是什么?好吧,不管是什么,我们保证如果你听 PopSci 的热门播客,你会得...

偶像活动的魅力和评价!偶像活动!:为什么你应该从第一集开始观看

『偶像活动!』的魅力与评价“偶像活动!偶像活动!”是一部由 Sunrise 制作的电视动画,于 20...