猫头鹰无声飞行的秘密日本科学家找到运行原理

时间:2024-01-25 来源:蓝狮在线注册-蓝狮在线平台-蓝狮登录首页

  要在夜间寻找猫头鹰芳踪,是很高难度的挑战,原因是暗夜中视线已经很差,猫头鹰飞行时又完全没有声音,幸运的话听到它的鸣叫,可能才会惊觉就在身边。猫头鹰无声飞行能力一直令科学家着迷,即使了解关键结构,但并不清楚运行原理,最近日本科学家有新发现,让未来飞行汽车、风力发电机静音技术更加可行。

  飞机会发出极大的噪音,喷射引擎在起飞期间可产生高达140分贝的噪音水平,远高于85分贝人类可以承受的水平,超音速飞机更大声,因此超音速飞机一直被禁止在陆地上空飞行,也影响民用超音速运输。NASA一直在通过X-59计划研究静音超音速技术,寻找降低此类飞机噪音的方法。

  科学家一直以来都对猫头鹰的飞行构造很感兴趣,先前科学家认为是翅膀羽毛上的微条纹发挥作用,这个结构称为后缘(TE),就是在一根羽毛最下方一排像流苏般的结构,然而它们运行的确切机制仍有待发现。

  这次日本科学家找到猫头鹰翅膀上的微结构,如何抑制机翼引起的空气运动产生的噪音。日本千叶大学研究小组创建两个线D模型,其中一款有后端边缘,另一款没有。接着将这两个模型以猫头鹰滑翔飞行速度来进行流体流动模拟。结果显示,羽毛的后端边缘降低猫头鹰翅膀的噪音水平,特别是在高迎角时,同时能够保持与没有后端边缘的翅膀一样好的空气动力性能。

  该团队确定后端边缘影响气流的两种互补机制。首先,后端边缘会破坏后缘涡流来减少气流的波动。其次,它们减少翼尖羽毛之间的流动相互作用,抑制翼尖涡流的放射。

  翼尖涡流是指当机翼产生正升力时,下翼面的压强比上翼面高,在上、下翼面压强差的作用下,下翼面的气流就绕过翼尖流向上翼面,这样就使下翼面的流线由机翼的翼根向翼尖倾斜,而上翼面的流线则由翼尖偏向翼根。由于上、下翼面气流在后缘处具有不同的流向,于是就形成漩涡,并在翼尖卷成翼尖涡,翼尖涡向后流即形成翼尖涡流。

  研究团队表示,这两个机制协同增强后端边缘的效果,产生强大的空气动力并降噪,一旦确切了解了后端边缘的工作原理后,科学家就可以利用仿生学来开发低噪音流体机械,应用在无人机、风力发电机,甚至飞行汽车等方面。该研究结果发表在《生物灵感与仿生学》期刊。



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