Slechtvalk als model voor nieuwe typen vliegtuigen

De snelste vogel ter wereld laat zien hoe vliegtuigen in de toekomst kunnen worden verbeterd

In de windtunnel kunnen vloeistofmechanica Benjamin Ponitz (rechts) en Prof. Christoph Brücker (links) het vluchtgedrag van de slechtvalk simuleren. © TU Bergakademie Freiberg / Detlev Müller
voorlezen

Slechtvalk bereikt tijdens een duik tijdelijk snelheden tot 360 kilometer per uur. Ze zijn ook de snelste vogels ter wereld en hun lichamen staan ​​onder enorme druk tijdens manoeuvres. Hoe doet hij dat en waarom kan hij dat doen? Wetenschappers hebben nu het vlieggedrag van deze roofvogel nader bekeken: ook hier kan de natuur dienen als sjabloon voor nieuwe technologie - bijvoorbeeld in de vliegtuigbouw.

Een snelheid van ongeveer 360 kilometer per uur kan de slechtvalk bereiken, wanneer deze verticaal keldert tijdens de jacht. Als de snelste vogel ter wereld op het laatste moment, maar een volledige stop moet neerleggen om de prooi te verslaan, wordt zijn lichaam blootgesteld aan een belasting die acht tot negen keer zijn eigen gewicht overschrijdt. Mensen konden nauwelijks reageren onder dergelijke omstandigheden. Vloeistofmechanica aan de TU Freiberg onderzoeken daarom waarom de slechtvalk met deze hoge snelheid kan manoeuvreren en waarom zijn lichaam de krachten kan weerstaan ​​die erop werken.

Om dit te doen, dompelen de onderzoekers een slechtvalk onder water - maar natuurlijk geen levend dier, maar een model van de vogel. In het waterkanaal kunnen ze het vlieggedrag van de vogel simuleren en op deze manier - met behulp van fijne deeltjes - de stromingseigenschappen zichtbaar maken. "Het stromende water draagt ​​de gemakkelijk fotografeerbare deeltjes met zich mee, waardoor stromingsverschijnselen, zoals wervelingen, zichtbaar worden", legt Benjamin Ponitz uit. "Hoewel water veel dichter is dan lucht, vertonen stroomlijnen dezelfde stroomverschijnselen als in werkelijkheid vanwege de gelijkenis-theorie. Hierdoor kunnen we de effecten op lagere snelheden bestuderen. "

High-speed camera's filmen de duik

Omdat het met het blote oog moeilijk is om de processen te observeren, zoals een ander experiment laat zien. Om het traject en de snelheid van de luchtacrobaat te meten, filmen de Freiberger-wetenschappers samen met collega's van de Universiteit van Bonn vallende valkjes op de dammuur van de Oleftalsperre-dam in de Eifel. De duik van ongeveer 70 meter, waarbij de getrainde vogels ongeveer 100 kilometer per uur bereiken, pakt twee hogesnelheidscamera's op die elke beweging registreren. "Uit de gegevens verkregen door de twee camera's reconstrueren we het driedimensionale traject van de roofvogel", zegt Ponitz.

"De afbeeldingen laten zien dat de havik tijdens de duik zijn vleugels heel dicht bij de romp plaatst en zo een aangepaste lichaamsvorm krijgt, die de hoge snelheid mogelijk maakt", zegt Poniz. De foto's bewijzen echter ook dat de vogel zonder moeite van een val in een klim beweegt. De hydro-vormers van de Bergakademie simuleren daarom de vlucht in de windtunnel met het model van de slechtvalk, om uit te leggen waarom het dier in staat is om te gaan met de aerodynamische belastingen die optreden. tonen

Sterke punten zichtbaar gemaakt

Met behulp van een meetinstrument dat zelfs minimale krachten detecteert - de zogenaamde drie-componenten schaal - kunnen de onderzoekers de krachten die op de vogel worden uitgeoefend registreren. Hiermee kunnen de afzonderlijke componenten, die de kracht vormen die op het model werkt, dwz de weerstand en het drijfvermogen, en het kantelmoment worden bepaald en onderzocht, legt Ponitz uit.

Dit kan een nieuwe impuls geven aan het vliegtuigontwerp. Uit de resultaten van de experimenten met vrije vlucht aan de damwand, van de wind- en waterkanaaltests en van lopende numerieke simulaties, hopen we onder andere conclusies te trekken voor toekomstige vliegtuigconcepten Om de zogenaamde " Nurfl gler " te kunnen trekken. Dit is een vliegtuig waarin de vleugels en romp aaneengesloten zijn. "Als we erachter komen hoe het dier zijn stabiliteit behoudt tijdens een duik, kunnen we de resultaten overbrengen naar het ontwerp van nieuwe typen vliegtuigen", zegt Ponitz.

(Technische Universiteit Bergakademie Freiberg, 09.08.2013 - SEN)