Ученые наконец выяснили, почему птицы летают клином

Исследователи из Университета Брауна предложили наиболее подробное на сегодняшний день объяснение. Оказалось, что птицы, летящие позади и немного сбоку от лидера, могут значительно уменьшить амплитуду взмахов крыльев благодаря воздушным потокам, создаваемым впереди летящей птицей.

Подробности

Исследование посвящено северным лысым ибисам (Geronticus eremita), которые, как и многие другие крупные птицы, во время перелетов формируют характерный V-образный строй.

Чтобы понять, почему такая форма полета настолько эффективна, ученые создали аэродинамическую модель, воспроизводящую взаимодействие двух птиц. Она учитывала не только положение птиц относительно друг друга, но и то, как меняются воздушные потоки после каждого взмаха крыльев.

Во время полета концы крыльев создают вращающиеся воздушные вихри. Если следующая птица занимает правильную позицию немного позади и сбоку, она попадает в восходящий поток воздуха, который помогает ей двигаться вперед.

До сих пор исследователи спорили, дает ли этот поток дополнительную подъемную силу или уменьшает сопротивление воздуха. Новая работа показывает, что главный эффект заключается в снижении потребности создавать собственную тягу.

Именно поэтому птица может махать крыльями значительно менее интенсивно. Согласно модели, амплитуда взмахов уменьшается примерно до 70% по сравнению с одиночным полетом.

В результате механическая мощность, необходимая для поддержания полета, снижается примерно на 11%.

При этом авторы отмечают, что ранее эксперименты в аэродинамической трубе показывали общую экономию энергии до 25%. Новая модель не противоречит этим данным, а объясняет физический механизм, лежащий в основе такого эффекта.

Для расчета исследователи буквально разбили полет на последовательность отдельных моментов времени. На каждом из них они определяли положение вихрей, крыльев обеих птиц и действующие аэродинамические силы, после чего объединяли результаты в единую картину.

Полученная модель хорошо совпала с результатами предыдущих экспериментов и позволила впервые подробно объяснить, как воздушный след лидера облегчает полет птицы, следующей за ним.

Почему это важно

Работа помогает лучше понять не только поведение птиц, но и законы аэродинамики.

Авторы считают, что полученные результаты могут пригодиться при разработке алгоритмов управления группами беспилотников. Если дроны смогут так же эффективно использовать воздушные потоки друг друга, как это делают птицы, это позволит увеличить дальность полета и снизить расход энергии во время выполнения задач, например при мониторинге сельскохозяйственных угодий или тушении лесных пожаров.

Источник

Исследование опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

Название: A minimal wake–vortex model explains formation flight of flapping birds.