Анализ, в ходе которого исследователи изучали обтекание вращающегося крыла модели, улучшает понимание того, как летают насекомые, и дает информацию о конструкции небольших летающих роботов, созданных для сбора разведданных, наблюдения, поисково-спасательных операций и других целей. Работа описана в журнале Physics of Fluids.Насекомое, такое как плодовая муха, парит в воздухе, взмахивая крыльями — сложное движение, подобное плаванию вольным стилем.
Крыло вращается в одной плоскости, и, изменяя угол между самолетом и его телом, насекомое может лететь вперед из парящего положения.Чтобы смоделировать основы этого действия, Мэтью Бросс и его коллеги из Университета Лихай в Вифлееме, штат Пенсильвания, изучили, как вода течет вокруг вращающегося крыла модели, состоящего из прямоугольного куска акрила, длина которого вдвое больше его ширины. Ось вращения направлена сбоку от крыла и параллельна его ширине, так что оно вращается как половина винта самолета.
Чтобы смоделировать поступательное движение — сценарий, в котором насекомое ускоряется или поднимается, — исследователи качали воду в направлении, перпендикулярном плоскости вращения.«Мы смогли идентифицировать развитие структуры потока над крылом, размером с насекомое, в диапазоне скоростей прямого полета», — пояснил Бросс.
Исследователи сделали детальную трехмерную компьютерную визуализацию обтекания крыла, обнаружив, что вихрь на передней кромке — характеристика, имеющая решающее значение для обеспечения подъемной силы — почти сразу появляется, как только крыло начинает вращаться после остановки.