La future conception aérienne doit peut-être un clin d'œil à cinq perroquets qui s'agitent dans une chambre de vol instrumentée à l'Université de Stanford. Ils ont révélé que, contrairement à la compréhension conventionnelle de la façon dont les animaux et les avions volent, les oiseaux peuvent utiliser la traînée pour supporter leur poids corporel pendant le décollage et utiliser la portance comme frein lors de leurs atterrissages.

"Les choses que vous apprenez en classe ne sont pas toujours vraies, " a déclaré David Lentink, professeur adjoint de génie mécanique. De nouvelles découvertes peuvent altérer la compréhension de concepts familiers. Dans ce cas, il a dit, "Nous devons revoir notre idée de la fonction de la traînée."

La sagesse conventionnelle nous dit que la traînée est une force qui ralentit un objet et que la portance est une force qui s'oppose à la gravité, soulever un oiseau ou un avion en vol. Mais les mesures prises par l'étudiante diplômée Diana Chin, publié le 25 novembre dans Communication Nature , montrent que les oiseaux tirent réellement sur la traînée pour supporter jusqu'à la moitié de leur poids corporel pendant le décollage, et cette portance les aide à freiner lors de l'atterrissage.

Mesurer les forces de vol

Pour mesurer instantanément les forces horizontales et verticales, Chin a construit une configuration avec des panneaux de capteurs sur le sol, plafond, devant et derrière les trajectoires de vol des oiseaux. Chaque panneau contenait trois capteurs, tout comme les deux perchoirs pour le décollage et l'atterrissage des oiseaux, totalisant un total de 18 capteurs pour mesurer les forces minuscules générées par un oiseau de 30 grammes.

Des fenêtres intégrées aux panneaux ont permis à Chin de filmer les mouvements des ailes avec cinq caméras à grande vitesse filmant à 1, 000 images par seconde. En combinant le mouvement mesuré à partir des images ainsi que les mesures de force des capteurs, Chin et Lentink ont ​​pu pour la première fois déterminer l'ampleur de la portance et de la traînée au décollage et à l'atterrissage.

" Quelque chose comme ça n'a jamais existé auparavant, " a déclaré Lentink. " La technologie de mesure elle-même est une réalisation d'ingénierie. " En tant que telle, il a fallu à Chin plusieurs itérations pour concevoir et fabriquer avec succès la structure. Le prochain défi était d'obtenir les perroquets du laboratoire - Gaga, Gary, Oréo, Aurora et Boy—pour voler volontairement à l'intérieur.

Pour les oiseaux

Heureusement pour Chin, Les perroquets sont des oiseaux très faciles à dresser et voleront avec plaisir les 80 centimètres de perchoir en perchoir pour une graine de mil. De ces vols, Lentink et son équipe ont découvert qu'en inclinant leurs ailes pendant le décollage, les oiseaux peuvent orienter leur portance vers l'avant pour l'accélération et leur traînée vers le haut pour supporter jusqu'à la moitié de leur poids corporel.

"Le décollage est la chose la plus importante, mais vous espérez aussi un atterrissage en toute sécurité, " a déclaré Lentink. La réutilisation de la traînée pendant le décollage maximise en fait les forces générées par les oiseaux, tandis que la réorientation de la portance peut les aider à ralentir sans les coûts énergétiques du freinage avant de provoquer la collision contrôlée qu'ils appellent un atterrissage.

"Beaucoup d'autres animaux battants font probablement un usage similaire de la portance et de la traînée pendant le décollage et l'atterrissage, " dit Chin. Oiseaux juvéniles, les oiseaux de mer qui nagent également sous l'eau et les espèces d'oiseaux plus primitives qui ont du mal à générer la force aérodynamique nécessaire avec leurs ailes trouveraient cette tactique particulièrement utile.

Les anciens ancêtres des oiseaux, appelés protooiseaux, avait également des ailes qui généraient principalement une traînée. Sachant que la traînée pourrait en fait aider à soutenir le poids corporel au décollage, Chin et Lentink reconnaissent tous deux qu'il peut y avoir des espèces qui ont déjà été classées comme incapables de voler et qui auraient pu utiliser la traînée pour s'envoler.

Après 150 millions d'années d'évolution des oiseaux, "si les oiseaux modernes s'en servent encore, ça en dit long, " a déclaré Lentink. " Cela ne veut pas dire qu'il est efficace, mais c'est efficace."

Réviser les manuels

Devrions-nous reconstruire toutes les technologies aéroportées pour refléter cette découverte ? Pas assez. Alors que Lentink laisserait la conception d'un Boeing 747 seule, il suggère de revisiter à la fois la façon dont l'évolution du vol des oiseaux et l'aérodynamique sont enseignées.

"Je pense que beaucoup de dessins dans les manuels de vol peuvent être trompeurs, surtout quand il s'agit de vol d'animaux, ", a déclaré Chin. La traînée aurait pu jouer un rôle important dans l'évolution du vol des animaux. Pour les précurseurs des oiseaux, l'utilisation de la traînée pour supporter le poids de leur corps aurait pu les aider à augmenter leur capacité jusqu'à ce que leurs ailes soient capables.

"Aucune littérature aérospatiale n'a proposé d'utiliser la traînée pour supporter le poids, " a déclaré Lentink alors qu'il sortait les manuels de biologie et d'aérodynamique des étagères, montrant des diagrammes d'oiseaux en vol avec leurs forces associées dessinées. "Ce dessin standard doit être révisé."

Même si les avions conventionnels ne changeront pas radicalement, Lentink voit des applications potentielles dans la conception de robots aériens. Comme pour les oiseaux, l'utilisation de la traînée pour décoller n'est peut-être pas la méthode la plus efficace, mais cela pourrait les aider à décoller.