谷仓猫头鹰莉莉和创新技术揭示了鸟类如何在风中飞翔

谷仓猫头鹰莉莉表现出机翼变形，可以应付飞行中的阵风。

布里斯托大学和皇家兽医学院的科学家发现了鸟类如何在狂风条件下飞行-这一发现可以为受生物启发的小型飞机的发展提供信息。

鸟类通常在靠近建筑物和地形的大风中飞翔-通常在阵风中的飞行速度与其飞行速度一样快。因此，应对强风和突变风的能力对于它们的生存以及能够安全地着陆并捕获猎物等事情至关重要，布里斯托大学航空工程系的Shane Windsor博士说。

温莎博士说：“我们知道鸟类在挑战类似大小的工程飞行器的条件下表现出色，但是直到现在，我们还不了解其背后的机制。”

这项研究发表在英国皇家学会学报B上，揭示了鸟的翅膀如何作为悬吊系统来应对不断变化的风况。该团队结合了基于视频的高速3D表面重建，计算机断层扫描（CT）扫描和计算流体力学（CFD）的创新组合，以了解鸟类如何通过机翼变形来“拒绝”阵风，即通过改变形状和翅膀的姿势。

在由皇家兽医学院的结构与运动实验室进行的实验中，研究小组拍摄了谷仓猫头鹰莉莉（Lily），并滑过一系列由风扇产生的垂直阵风，其中最强的阵风与她的飞行速度一样快。莉莉（Lily）是训练有素的猎鹰鸟，是许多自然纪录片的资深人士，所以对所有灯光和照相机的关注至少没有被吓到。

“我们以非常轻柔的阵风开始，以防莉莉遇到任何困难，但是很快发现，即使以我们可以达到的最高阵风速度，莉莉也不会受到打扰；她直飞而来，得到了培训师劳埃德·巴克（Lloyd Buck）持有的食物奖励，”皇家兽医学院的理查德·邦弗瑞（Richard Bomphrey）教授评论道。

莉莉飞过颠簸的阵风，始终保持头部和躯干在轨迹上的稳定，仿佛她正在悬挂系统一样飞行。当我们对其进行分析时，令我们感到惊讶的是，悬架系统的影响不仅是由于空气动力学的原因，还得益于其机翼的质量。作为参考，我们每个上肢约占我们体重的5％；皇家鸟类学院的主要作者乔恩·切尼（Jorn Cheney）博士说。

“也许最令人兴奋的发现是，悬挂效果的最快部分内置在机翼的机械装置中，因此鸟类不需要主动做任何事情就可以发挥作用。机械工非常优雅。当您在球拍或球拍的最佳击球点击球时，您的手不会被震颤，因为那里的力会抵消。任何进行球拍运动的人都知道这种感觉很轻松。就像蝙蝠一样，机翼有一个甜蜜点。我们的分析表明，阵风的力量在最佳位置附近起作用，这在第一秒的第一部分就显着减少了对身体的干扰。该过程是自动的，只需花费足够的时间即可启动其他聪明的稳定过程。”布里斯托大学的乔纳森·史蒂文森博士补充说。

温莎博士说，这项研究的下一步工作，是由欧洲研究委员会（ERC），空军科学研究所和惠康基金会资助，将为小型飞机开发生物启发的悬架系统。

参考：乔恩·A·切尼，乔纳森·P·史蒂文森，尼古拉斯·E·杜斯顿，贾勒·宋，詹姆斯·R·乌瑟伍德，理查德·庞弗雷和谢恩·P·温莎，“鸟翼充当拒绝阵风的悬挂系统”，2020年10月21日，会议记录皇家学会B.DOI：
10.1098 / rspb.2020.1748