Křídlo sovy vzorem pro supertichý design

Díky speciálnímu peří s vroubkovaným okrajem (vyvinutější jsou u nočních druhů sov) mohou sovy dosáhnout téměř tichého letu na nic netušící kořist. Zoubky umístěné na přední hraně křídla tvoří hřebenovité struktury, jež ovlivňují proudění vzduchu narušováním vysokofrekvenčního turbulentního víření vzduchu, čímž jsou víry menší a tišší. Obecně se uznává, že sovy produkují při letu méně hluku než ostatní ptáci. Ukázalo se však, že je velmi obtížný problém měřením určit, jak tichý je jejich let v absolutních číslech. Důvodem je, že jejich zvuk je tak slabý, že i nejcitlivější mikrofony jsou na hranici svých možností.
První kvantitativní měření byla provedena na počátku 70. let 20. století, kdy autoři pozorovali hladiny akustického tlaku, které byly na vzdálenost 3 m a dále pro člověka neslyšitelné. Pozdější analýzy v aerodynamickém tunelu ukázaly výraznější charakter laminárního proudění přes křídla sovy ve srovnání s prouděním přes křídla jiných ptáků.
Potlačení akustických emisí je často důležitým cílem, např. u turbínových motorů (jako jsou ty ve větrných turbínách, letadlech a dronech), kdy je právě hluk na zadní hraně jejich lopatek dominantním zdrojem nežádoucího zvuku. V nové studii publikované v Physics of Fluids nyní tým z čínské univerzity Xian Jiaotong prozkoumal jedinečné vlastnosti sovích křídel, aby informoval o novém designu profilu křídla, který by snížil tento hluk na zadní hraně.
„Noční sovy produkují asi o 18 decibelů méně hluku než ostatní ptáci při podobných rychlostech letu díky jejich jedinečné konfiguraci křídel. Navíc, když sova chytá kořist, tvar křídel se neustále mění, takže studium konfigurace okraje křídel během letu sovy má velký význam," řekl autor studie Xiao Min Liu.
Výzkumníci provedli řadu studií pomocí softwaru pro výpočet a analýzu hluku aplikovaného na návrhy profilu křídla s prvky inspirovanými zoubkovanými okraji jako u křídel nočních sov. Nejen že zjistili, že šum byl potlačen, ale také že asymetrické vroubkování mělo větší účinek než symetrické.
Na profilu křídla je seshora a zespodu vrstva vzduchu známá jako mezní vrstva, která je silnější směrem k odtokové hraně. Hluk na odtokové hraně proto vzniká, když tato mezní vrstva proudí podél zadní strany profilu křídla a zpět odtokovou hranou, kde se rozptyluje a vytváří akustickou energii (šum). Vroubkování na náběžné hraně křídla a sametový povrch mají vliv na snížení hluku a vedou i ke zlepšení aerodynamického výkonu. Třásně na vnitřních pérových lopatkách snižují hluk tím, že klouzají do drážek na spodní ploše křídla, které jsou tvořeny ostny (bylo prokázáno, že lemovaná odtoková hrana křídla snižuje její hluk).
Předchozí studie však zjistily, že i když je snížení hluku u rotačních strojů účinné, není univerzální a závisí na konečné aplikaci. „Lopatkový design rotačních strojů postupně vyzrával, ale technologie snižování hluku je stále problémem. Například možnosti snížení hluku konvenčních pilových struktur jsou omezeny a bude nutné navrhnout a vyvinout některé nové nehladké struktury se zadní hranou, aby se využil potenciál bionického snížení hluku," říká Xiao Min Liu.

Petr Sedlický
Foto: GoodFon, Physorg/J. W. Jaworski

Publikováno: 3. 6. 2022 | Počet zobrazení: 342 74