Đôi cánh như hệ thống treo giúp cú bay ổn định trước gió giật và bài học cải tiến thiết kế máy bay

Học viện đào tạo trực tuyến Thứ Hai, 26 tháng 10, 2020 0 No comments

Các kỹ sư hàng không tại Anh đang thực hiện một nghiên cứu xem xét về khả năng giữ ổn định khi bay của chim trước gió giật từ đó tìm ra giải pháp cải tiến thiết kế cho các phương tiện bay cỡ nhỏ. Qua quan sát chuyển động bay của loài cú lợn lưng xám trước nhiều điều kiện gió, thứ họ phát hiện ra là một "hệ thống treo tự nhiên" giúp hấp thụ lực ngay trên không.

Theo tiến sĩ Shane Windsor đến từ Viện kỹ thuật hàng không tại đại học Bristol: "Chim thường bay trong những cơn gió lớn gần với các tòa nhà hay địa hình, đây là những cơn gió giật với vận tốc tương đương vận tốc bay của chim. Vì vậy khả năng đương đầu với gió mạnh và những thay đổi bất thình lình trong cơn gió là yếu tố cốt lõi để tồn tại cũng như có thể đậu an toàn và bắt mồi. Loài chim đối mặt với những điều kiện như vậy cực kỳ tốt nhưng đây lại là thách thức đối với những phương tiện bay với kích cỡ tương tự. Cho đến hiện tại chúng ta vẫn chưa hiểu được cơ chế đằng sau khả năng này."

Windsor cùng nhóm nghiên cứu bao gồm các nhà khoa học đến từ Trường thú y hoàng gia đã quan sát một chú cú có tên Lily - chính là chú cú xuất hiện trong nhiều phim tài liệu về tự nhiên trong đó nổi tiếng là đoạn phim thể hiện khả năng bay siêu êm của cú trong phim của BBC Earth. Trong phòng thí nghiệm, Lily đã được cho bay trên những cơn gió giật thẳng đứng được tạo ra từ quạt, luồng gió mạnh nhất có vận tốc tương đương vận tốc bay của cú Lily.

Nhóm nghiên cứu quan sát thấy ở nhiều tốc độ gió khác nhau, thậm chí là ở tốc độ gió giật cao nhất thì Lily vẫn có thể bay thẳng đến người huấn luyện của nó để nhận thức ăn. Kết hợp giữa video ghi lại từ camera tốc độ cao và dữ liệu tái tạo bề mặt 3D, hình ảnh chụp CT và mô hình động lực học chất lỏng trên máy tính, cú Lily cho thấy khi bay trước điều kiện gió giật, nó giữ phần đầu và thân "ổn định đến ngạc nhiên".

Tiến sĩ Jorn Cheney đến từ Trường thú y hoàng gia nói: "Lily bay qua những cơn gió giật và liên tục giữ cho đầu, hông ổn định đáng ngạc nhiên theo đường bay, giống như nó đang bay với một hệ thống treo tự nhiên. Khi chúng tôi phân tích, điều khiến chúng tôi kinh ngạc là hiệu ứng treo tự nhiên này không chỉ đơn thuần là do khí động học mà còn là khối lượng của đôi cánh. Để dễ tham chiếu thì mỗi chi trên (tay) của chúng ta chỉ chiếm khoảng 5% tổng trọng lượng cơ thể nhưng với chim, tỉ lệ này gần gấp đôi và chúng sử dụng khối lượng đó để hấp thụ gió giật một cách hiệu quả."

cú lợn lưng xám.jpg

Điều thú vị nhất trong phát hiện này là phần phản ứng nhanh nhất của hệ thống treo tự nhiên này được tích hợp vào cánh, vì vậy con cú không cần chủ động kích hoạt. Nó như một "điểm ngọt" và theo giải thích của tiến sĩ Johnathan Stevenson từ đại học Bristol: "Khi bạn đánh một quả bóng bằng gậy bóng chày, vị trí tiếp xúc của quả bóng là một điểm ngọt trên cây gậy thì tay của bạn sẽ không bị rung bởi phản lực đã được triệt tiêu.

Bất cứ ai chơi thể thao với bóng/cầu với gậy/vợt đều biết cảm giác này, nó dễ dàng như thế nào. Cánh của chim cũng có điểm ngọt như cây gậy vậy. Những phân tích của chúng tôi gợi ý rằng lực của gió giật tác động gần điểm ngọt này và làm giảm đáng kể tác động xáo trộn lên cơ thể chim trong tích tắc. Quá trình điều chỉnh trạng thái cơ thể diễn ra tự động, các cơ chế ổn định sẽ kích hoạt khi đủ thời gian."

Nhóm nghiên cứu hy vọng những bài học rút ra từ chú cú Lily có thể giúp họ phát triển những hệ thống treo giảm chấn lấy ý tưởng từ thiên nhiên để trang bị cho những chiếc máy bay cỡ nhỏ.

Theo: Phys.org

---