Los alerones inspirados en plumas pueden evitar que los aviones se calen
si alguna vez sentarse en un avión fila con vistas a un ala, entonces probablemente notes múltiples flaps a lo largo de sus bordes que se ajustan durante los despegues y aterrizajes. Al igual que las plumas de los pájaros, estos componentes son necesarios para controlar la rotación, la elevación y la resistencia del vehículo durante el vuelo. Sin embargo, a diferencia de sus homólogos aviares, estos mecanismos generalmente se colocan en filas individuales a lo largo de un ala y requieren componentes electrónicos para controlarlos durante el viaje.
Mientras tanto, las aves han surcado los cielos durante millones de años equipadas con exponencialmente más “aletas” en forma de grupos de plumas encubiertas que se ajustan pasivamente al flujo de aire. Siguiendo el ejemplo de ellos, algunos ingenieros creen que se pueden construir aviones para que sean más seguros y más eficientes energéticamente. Sus resultados, publicados el 28 de octubre en el Actas de la Academia Nacional de Ciencias
Investigadores de la Universidad de Princeton actualizaron recientemente un pequeño modelo de avión controlado a distancia para incluir filas de flaps que imitan las plumas encubiertas: los grupos de plumas de las aves que se ajustan pasivamente durante maniobras complejas como navegar con ráfagas de viento y aterrizar. Al hacerlo, el equipo cree que diseños similares basados en la biomímesis algún día podrían ayudar a los aviones a mejorar el rendimiento general y evitar emergencias de pérdida potencialmente peligrosas.
Mientras que “estudios anteriores sugieren [covert feathers] “Puede mejorar el vuelo durante maniobras como el aterrizaje o volar a través de ráfagas”, escribió el equipo y “no existe un consenso sobre su física subyacente o las implicaciones de tener múltiples filas”. Para solucionar este problema, primero instalaron entre dos y cinco filas de aletas de estilo encubierto en alas de aviones a escala impresas en 3D, luego sometieron sus prototipos a pruebas en un túnel de viento en una instalación de 30 pies de altura. Dentro del túnel, una combinación de sensores, así como cámaras láser y de alta velocidad, midieron minuciosamente el flujo de aire alrededor de las alas durante varias simulaciones de condiciones. También utilizaron un modelo de ala construido con flaps estándar de una sola fila para que sirviera como control.
“Los experimentos en el túnel de viento nos brindan mediciones realmente precisas de cómo interactúa el aire con el ala y los flaps, y podemos ver lo que realmente está sucediendo en términos de física”, dijo en un artículo Girguis Sedkey, investigador postdoctoral y autor principal del estudio. perfil universitario
“El descubrimiento de este nuevo mecanismo desveló un secreto detrás de por qué las aves tienen estas plumas cerca de la parte delantera de las alas y cómo podemos usar estas aletas para los aviones”, añadió Aimy Wissa, profesora asistente de ingeniería mecánica y aeroespacial e investigadora principal del estudio. Wissa agregó que, de todos los modelos, el diseño de cinco filas tuvo el mejor desempeño, mejorando la elevación en un 45 por ciento y reduciendo la resistencia en un 30 por ciento.
“[T]Cuantos más flaps agregues a la parte delantera del ala, mayor será el beneficio en el rendimiento”, explicó.
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Después de estos experimentos iniciales, el equipo de Wissa pasó a realizar pruebas de vuelo al aire libre utilizando un avión no tripulado R/C del tamaño de un pájaro prestado por el club de aviones modelo Somerset RC de Princeton. Los ingenieros primero instalaron filas de flaps encubiertas y luego programaron una computadora de vuelo a bordo para que se detuviera de forma autónoma. Desde allí, los investigadores lanzaron su modelo y lo observaron sortear sus desafíos aéreos. Cada vez que la computadora iniciaba una pérdida, las filas de flaps encubiertos del avión se desplegaban pasivamente para mitigar la intensidad de la pérdida.
“Ese es el poder del diseño bioinspirado”, dijo Wissa. “La capacidad de transferir cosas de la biología a la ingeniería para mejorar nuestros sistemas mecánicos, pero también utilizar nuestras herramientas de ingeniería para responder preguntas sobre biología”.
Wissa y sus colegas creen que las plumas encubiertas de las aves pueden prestarse a más aplicaciones además de los aviones. Dada la dinámica de fluidos del flujo de aire, señalan el potencial de explorar adaptaciones similares para mejorar la eficacia y seguridad de automóviles, sumergibles y potencialmente incluso turbinas eólicas.