De nombreuses espèces de chouettes sont capables de chasser sans être entendues par leurs proies en supprimant le bruit de leurs ailes à des fréquences sonores supérieures à 1,6 kilohertz (kHz), y compris la plage à laquelle l'audition humaine est la plus sensible.

La porosité des ailes de hibou (la qualité qui permet à l'air de passer de manière résistive à travers les ailes) aide à supprimer le bruit. De nombreuses études aéro-acoustiques ont examiné l'effet de la porosité des ailes, inspiré par les caractéristiques du plumage tranquille des hiboux. Cependant, on en sait beaucoup moins sur la façon dont la porosité des ailes affecte l'aérodynamique de ces ailes, qui rivalise probablement avec les avantages acoustiques de la porosité.

Maintenant, des chercheurs de l'Université Lehigh ont formulé et résolu exactement les charges aérodynamiques sur un profil aérodynamique, ou une structure en forme d'aile en 2D. Leur formule mathématique utilise des distributions de porosité réalistes arbitraires, qui peut être utilisé en conjonction avec une théorie aéro-acoustique, pour déterminer le compromis aérodynamique/aéro-acoustique des conceptions d'ailes poreuses. Le travail a été décrit dans un article à paraître dans Actes de la Royal Society A:Mathématique, Sciences physiques et de l'ingénierie appelé "L'aérodynamique stable des profils aérodynamiques avec des gradients de porosité."

Les travaux pourraient finalement être utilisés pour améliorer la conception aérodynamique artificielle des éoliennes et des avions spécialisés ou des drones autonomes.

"Des travaux expérimentaux exploratoires menés par d'autres chercheurs ont mesuré le bruit et l'aérodynamique des profils aérodynamiques construits à partir de divers matériaux poreux sur une plage de vitesses d'écoulement, " a déclaré Justin W. Jaworski , professeur adjoint de génie mécanique et de mécanique et co-auteur de l'article. "Notre travail généralise la théorie existante pour donner des résultats pour des distributions de porosité arbitraires le long du profil aérodynamique et produit un paramètre de porosité qui réduit toutes les données expérimentales sur une seule courbe."

Il ajoute :« Notre résultat général — un simple, expression explicite qui résout le problème mathématique central sans approximation - a le potentiel d'être intégrée dans la conception aérodynamique/aéro-acoustique des ailes et des pales des petits véhicules aériens, éoliennes, ou des drones cherchant à minimiser leur empreinte sonore par des moyens passifs."

Selon Jaworski, l'analyse mathématique de l'équipe a été construite sur la théorie aérodynamique classique. De façon intéressante, l'information clé pour obtenir un résultat exact avec des distributions générales de porosité provenait d'un ancien texte russe.

"Le plus surprenant a peut-être été la découverte que le problème mathématique pouvait être formulé de manière très générale et résolu sous une forme fermée sans recourir à des approximations inutiles, " a déclaré Rozhin Hajian, co-auteur de l'article et doctorant en génie mécanique à Lehigh.

En utilisant leur formule, les résultats de la distribution de la pression sur une aile à partir de toute description donnée de la porosité et de la courbure d'une section d'aile peuvent être déterminés explicitement à partir d'une seule équation - un outil qui pourrait être d'un intérêt majeur pour les concepteurs cherchant à minimiser le bruit tout en maximisant les propriétés aérodynamiques.

"Le fait que notre résultat soit explicite et sous forme fermée pour des distributions de porosité arbitraires le rend facile à mettre en œuvre dans les analyses aérodynamiques vs aéro-acoustiques pour anticiper si une conception de porosité particulière sera efficace ou non pour une application donnée, " a déclaré Jaworski.