Mensen zijn al eeuwenlang gefascineerd door vogelvluchten, maar hoe vogels precies zo wendbaar in de lucht kunnen zijn, blijft mysterieus. Een nieuwe studie, gepubliceerd op 5 september in Proceedings of the National Academy of Sciences , gebruikt modellering en aerodynamica om te beschrijven hoe meeuwen de vorm van hun vleugels kunnen veranderen om hun reactie op windstoten of andere verstoringen te beheersen. De lessen zouden ooit van toepassing kunnen zijn op onbemande luchtvaartuigen of andere vliegmachines.

"Vogels voeren gemakkelijk uitdagende manoeuvres uit en ze zijn aanpasbaar, dus wat is precies aan hun vlucht het nuttigst om in toekomstige vliegtuigen te implementeren?" zei Christina Harvey, assistent-professor bij de afdeling Mechanische en Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek aan de Universiteit van Californië, Davis en hoofdauteur van het papier.

Harvey begon meeuwen te studeren als masterstudent zoölogie aan de University of British Columbia, nadat ze haar bachelor in werktuigbouwkunde had behaald.

"Meeuwen zijn heel gewoon en gemakkelijk te vinden, en het zijn echt indrukwekkende zweefvliegtuigen," zei ze.

Harvey zette haar werk aan meeuwen voort als promovendus aan de Universiteit van Michigan. Ze trad onlangs toe tot de faculteit van UC Davis na het behalen van haar doctoraat in lucht- en ruimtevaarttechniek.

In maart van dit jaar publiceerden Harvey en collega's van de Universiteit van Michigan een paper in Nature het analyseren van de vluchtdynamiek van 22 vogelsoorten. Terwijl eerdere studies de neiging hadden om zich te concentreren op aerodynamica - hoe lucht rond een vogel beweegt - ontwikkelde Harvey vergelijkingen om de traagheidseigenschappen van vogels te beschrijven, zoals het zwaartepunt en het neutrale punt, waar aerodynamische krachten consequent kunnen worden gemodelleerd als puntkrachten.

Vliegtuigen zijn doorgaans ontworpen om stabiel of onstabiel te zijn. Een stabiel vliegtuig zal de neiging hebben om terug te keren naar een stabiele vlucht wanneer het wordt verstoord (bijvoorbeeld door omhooggeduwd te worden door een windstoot). Dit is bijvoorbeeld wenselijk in een vliegtuig, maar niet voor een straaljager. Zeer wendbare vliegtuigen zijn ontworpen om onstabiel te zijn.

In hun Natuur paper, Harvey en collega's toonden aan dat bijna alle bestudeerde vogelsoorten zowel stabiel als onstabiel kunnen vliegen en vleugelbewegingen gebruiken om tussen deze modi te schakelen.

Controlebare vlucht

De nieuwe studie bouwt voort op dit werk en brengt aerodynamische studies samen met behulp van 3D-geprinte modellen van meeuwen en meeuwenvleugels in een windtunnel, met computermodellering van traagheidskrachten om te begrijpen hoe meeuwen stabiliteit bereiken langs hun lange as (dalend of stijgend).

Meeuwen kunnen aanpassen hoe ze reageren op verstoringen in die as door hun pols- en ellebooggewrichten aan te passen en de vorm van de vleugels te veranderen, vonden ze. Het team kon de vliegeigenschappen van de meeuwen voorspellen en hoe snel ze kunnen herstellen van een verstoring als een windstoot. Die reactietijd geeft ook inzicht in het "controleerbare bereik" voor de vogel en in het toepassen van vogelvluchtdynamiek op vliegtuigen.

"De analyse van vliegkwaliteiten vraagt:als je een vliegtuig bouwt dat precies zo is als een meeuw, zou een mens dan kunnen vliegen?" Harvey said.

As uncrewed aerial vehicles, or drones, become more widely used, they need to be able to navigate complex urban environments, something birds do very well. A deeper understanding of bird flight could help improve drone designs for various uses.

Harvey will be opening her lab at UC Davis this fall. She hopes to collaborate with other campus researchers, including the California Raptor Center and researchers working on insect flight at the College of Biological Sciences.

"There are so many open questions about bird flight," she said, "I'm looking forward to seeing what else is out there to discover." + Verder verkennen

Avian secret:The key to agile bird flight is switching quickly between stable and unstable gliding