«Мы уже давно знаем, что аэродинамическая теория самолетов не так хорошо работает при прогнозировании подъемной силы взмахов крыльев», — говорит Лейф Ристроф, доцент Института математических наук Куранта при Нью-Йоркском университете, руководивший исследованием. . «Мы обнаружили, что сопротивление ветру или лобовое сопротивление также ведет себя совсем по-другому, и составили новый закон, который может помочь объяснить, как насекомые перемещаются по воздуху».«Чтобы удвоить скорость полета, самолет должен в четыре раза увеличить тягу, чтобы противостоять более сильному сопротивлению ветра», — объясняет Ристроф, излагая закон. «Напротив, мы обнаружили, что у хлопающих крыльев есть сопротивление, которое прямо пропорционально его скорости полета — чтобы лететь вдвое быстрее, насекомому просто нужно удвоить свою тягу».
В исследовании, опубликованном в журнале Physical Review Fluids, также участвовали: Натали Агре, ведущий автор и студентка Колледжа искусств и наук Нью-Йоркского университета; Стивен Чилдресс, почетный профессор Института Куранта; и Цзюнь Чжан, профессор Института Куранта и Шанхайского Нью-Йоркского университета.Значение аэродинамического сопротивления и его сильное увеличение со скоростью было известно еще до того, как братья Райт взлетели. Этот факт резюмируется математическим законом, согласно которому сопротивление ветра увеличивается пропорционально квадрату скорости; следовательно, для того, чтобы двигаться вдвое быстрее, требуется в четыре раза больше тяги, чтобы преодолеть большее сопротивление.
Предыдущие исследования летающих насекомых, которые хлопают крыльями сотни раз в секунду, показали, что эти существа не подчиняются этому же соотношению.Чтобы понять это несоответствие, исследователи из лаборатории прикладной математики Куранта построили роботизированное крыло для измерения движений, потоков и сил. Аппарат позволил команде сравнить устойчивые движения крыла, которые происходят в полете самолета, с маневрами насекомых, при которых их крылья взмахивают, когда они движутся по воздуху.
Результаты команды показали, что движения назад и вперед в некоторых случаях заставляют сопротивление сопротивлению движению; однако в других случаях сопротивление фактически направлено вперед, больше похоже на толчок. Результирующая сила зависит от скорости полета, а также от машущих движений, которые авторы включают в новый закон сопротивления.Этот закон может быть не новостью для насекомых, которые летали с машущими крыльями сотни миллионов лет.
Но авторы считают, что их открытия могут помочь в разработке крошечных летающих роботов, имитирующих движения крыльев насекомых.