Vědecký tým pod vedením profesora Fakulty inženýrství na univerzitě v japonské Čibě Hao Liua odhalil aeroakustické mechanismy, které sovám umožňují tichý let. Odborníci doufají, že výsledky jejich výzkumu povedou k vývoji letadel s nízkou hlučností. Podrobnosti přináší magazín Interesting Engineering.
„Sovy při letu vydávají zanedbatelný hluk. Mnoho studií spojuje mikrotřásně na jejich křídlech s tichým letem, ale přesné mechanismy jsou nejasné. Nyní tým vědců odhalil vliv těchto mikrotřásní na zvukové a aerodynamické vlastnosti sovích křídel pomocí počítačových simulací dynamiky tekutin. Jejich zjištění mohou být inspirací pro biomimetické návrhy při vývoji strojů s nízkou hlučností.“ uvádí Liu.
Příliš hlučná samota. Tedy letadla
Není žádným tajemstvím, že lidé sestrojili létající stroje poté, co se inspirovali letem ptáků. Stroje postavené lidmi sice dokážou letět skrze tenčí vrstvy horních vrstev atmosféry rychlostí několika set kilometrů za hodinu, ale zároveň je doprovází extrémní hluk.
Podle Centra pro kontrolu a prevenci nemocí (CDC) mohou tryskové motory při vzletu produkovat hluk až 140 decibelů. To je vysoko nad úrovní 85 decibelů, která je považována za bezpečnou pro lidské uši. Tichá letadla by mohla přinést nejen menší negativní vliv na lidské zdraví, ale i další výhody.
Po incidentu s vojenským letadlem v roce 1968 byly nad pevninou ve Spojených státech zakázány lety nadzvukovou rychlostí. Tento zákaz má zásadní dopad na civilní nadzvukovou dopravu. Výrobci proto hledají způsoby, jak snížit hluk nadzvukových letadel. Nejdále je aktuálně NASA, která začíná testovat letadlo X-59.
Inspirace přírodou
Hao Liu vede v Centru pro chytré vzdušné dopravní prostředky na univerzitě v Čibě tým odborníků, kteří při své výzkumné práci využívají biomechaniku, biomimetiku a bioinspiraci. Sledují přírodu s cílem zjistit, jak vyvíjet produkty šetřící energii a zdroje. Jako model pro tiché létání použili sovy.
Let sov v minulosti studovalo několik dalších vědeckých skupin. Zanedbatelný hluk většinou přisuzovali mikrotřásním v jejich křídlech. Konkrétně se ukázalo, že při potlačování hluku mávajících křídel hrají klíčovou roli malé třásně na zadní hraně křídel. Další vědci se pokusili tyto okraje vyhodnotit pomocí aerodynamických profilů, nicméně přesný mechanismus jejich fungování se jim nepovedlo odhalit.
Pro studium vytvořili vědci z Liuova týmu dva trojrozměrné modely skutečných sovích křídel. Jeden měl na zadní hraně křídel třásně, zatímco druhý ne. Oba modely byly použity v simulacích proudění tekutin prováděných při rychlostech klouzavého letu sovy. Metody použité ve studii zahrnovaly simulaci velkých vírů a Ffowcs Williams-Hawkingsovu rovnici, která pomáhá určit zvuk generovaný pohybujícími se plochami.
Tichý let sov jako inspirace
Simulace potvrdily, že malé třásně snižují hluk produkovaný křídly a zároveň pomáhají zachovat aerodynamické vlastnosti. Dochází k tomu prostřednictvím dvou vzájemně se doplňujících mechanismů. V první řadě třásně snižují kolísání proudění vzduchu tím, že rozbíjejí víry na odtokové hraně. Kromě toho potlačují rozptyl vírů na koncích křídel tím, že snižují interakce proudění mezi pery.
„Naše zjištění ukazují účinek komplexních interakcí mezi třásněmi a různými prvky křídla, což zdůrazňuje význam použití těchto třásní pro snížení hluku v praktických aplikacích, jako jsou drony, větrné turbíny, vrtule, a dokonce i létající auta,“ uvedl Liu v tiskové zprávě.
Dosavadní výsledky bádání byly zveřejněny v odborném časopise Bioinspiration & Biomimetics, který se zaměřuje na výzkum a studium bioinspirace a biomimetiky. Tato dvě témata se věnují poznávání a napodobování přírodních systémů, struktur a procesů s cílem vytvářet nové technologie, materiály a systémy.