Американские инженеры создали беспилотник самолетного типа с крыльями, состоящими из настоящих голубиных перьев. Он позволяет исследовать особенности полета голубей и влияние на него перьев. Инженеры опубликовали две статьи с такими исследованиями: в одной из них, опубликованной в Science Robotics они показали, что голуби могут использовать запястья и пальцы крыльев для быстрых и точных поворотов во время полета, а в другой, которая была опубликована в Science, они выяснили, что крылья образуют единую поверхность без разрывов, благодаря наличию на перьях микроструктур, действующих подобно застежке.
В современной авиации для маневрирования в полете используются закрылки, предкрылки и другие отклоняемые поверхности. Например, отклоняя закрылки в разных направлениях, самолет может крениться в нужную сторону. Птицы же во время полета маневрируют более сложным образом, меняя саму форму крыльев. В авиации эта концепция частично применяется на самолетах с изменяемой стреловидностью, однако на них консоли крыла отклоняются синхронно — зачастую переменное отклонение механически невозможно из-за особенностей конструкции. Кроме того, существенное влияние на полет птиц оказывает форма и поверхность их перьев.
Некоторые авиаконструкторы предлагают применять элементы, аналогичные частям птичьих крыльев, в самолетостроении, однако подробное изучение механизмов управления полетом у птиц затруднено и часто сводится к моделированию или пассивному наблюдению за птицами. Инженеры из Стэнфордского университета под руководством Дэвида Лентинка (David Lentink) создали из настоящих голубиных перьев беспилотник самолетного типа с механизированным крылом изменяемой формы, позволяющий проводить активные исследования с крыльями птиц.
Корпус аппарата имеет классическую форму, а хвостовое оперение отчасти напоминает хвост птиц, а также оснащено двумя отклоняемыми поверхностями. Беспилотник оснащен крылом, которое конструктивно напоминают настоящие крылья птиц, однако он не может совершать маховые движения, а лишь способен складывать их в горизонтальной плоскости. За движение вперед отвечает винт в передней части, соединенный с электромотором. Каждая консоль крыла состоит из трех сегментов, один из которых статичен, а два другие могут двигаться и тем самым менять форму крыла. На каждой консоли закреплено по 20 перьев голубя, по 10 из которых располагаются на подвижных сегментах.
Конструкция искусственного крыла
Eric Chang et al. / Science Robotics, 2020
Инженеры провели несколько первичных экспериментов. Например, они показали, что, складывая одну из консолей крыла, беспилотник может крениться в нужную сторону. Отклонение запястья крыла позволяет оказывать большое влияние на полет, а отклонение пальца скорее годится для небольшого и точного маневрирования.
При этом у такого крена есть отличия о того, как кренятся самолеты. Дело в том, что при отклонении элеронов в разные стороны самолет начинает вращаться вокруг продольной оси с постоянной скоростью, и пилоту необходимо гасить это вращение обратным отклонением. Эксперименты с построенным летательным аппаратом показали, что после складывания одной из консолей крыла скорость вращения вокруг продольной оси сначала возрастает, а затем самопроизвольно падает почти до нуля.
Еще одно исследование инженеров касается того, как крыло сохраняет свою целостность, хотя и состоит из отдельных перьев, которые меняют свое положение относительно друг друга. Исследователи выяснили, что перья могут скользить друг относительно друга до определенного уровня, однако между ними не образуется промежутков, потому что соседние перья сцепляются друг с другом благодаря микроструктуре, состоящей из крючкообразных элементов и выступов.
