Les meilleures formes d'ailes, comme celui illustré ci-dessus, s'avèrent créer de forts tourbillons au bord de fuite qui n'ont pas été gênés par les tourbillons générés au bord d'attaque. La photo provient d'une expérience révélant des formes de profil aérodynamiques idéales pour le vol battant, avec les flux générés à l'avant de l'aile [rouge] et à l'arrière [vert] visualisés à l'aide de colorants fluorescents. Crédit : Le laboratoire de mathématiques appliquées, Courant Institute of Mathematical Sciences de la NYU
Une équipe de mathématiciens a déterminé la forme d'aile idéale pour un vol rapide, une découverte qui promet de meilleures méthodes pour récupérer l'énergie de l'eau ainsi que pour améliorer la vitesse de l'air.
L'oeuvre, qui paraît dans le journal Actes de la Royal Society A , repose sur une technique qui imite la biologie évolutive pour déterminer quelle structure donne le meilleur rythme.
"Nous pouvons simuler l'évolution biologique en laboratoire en générant une population d'ailes de formes différentes, les faire rivaliser pour atteindre un objectif souhaité, dans ce cas, la vitesse, et ensuite avoir les meilleures ailes pour créer des formes apparentées qui font encore mieux, " dit Leif Ristroph, professeur adjoint au Courant Institute of Mathematical Sciences de l'Université de New York et auteur principal de l'article.
En prenant ces décisions, les chercheurs ont mené une série d'expériences dans le laboratoire de mathématiques appliquées de NYU. Ici, ils ont créé des ailes imprimées en 3D qui battent mécaniquement et courent les unes contre les autres, avec les gagnants « reproducteurs » via un algorithme évolutif ou génétique pour créer des flyers toujours plus rapides.
Afin d'imiter ce processus de reproduction, les chercheurs ont commencé l'expérience avec 10 formes d'ailes différentes dont les vitesses de propulsion ont été mesurées. L'algorithme a ensuite sélectionné des paires d'ailes les plus rapides ("parents") et a combiné leurs attributs pour créer des "filles" encore plus rapides qui ont ensuite été imprimées en 3D et testées. Ils ont répété ce processus pour créer 15 générations d'ailes, chaque génération produisant une progéniture plus rapidement que la précédente.
« Ce processus de « survie du plus rapide » découvre automatiquement une aile en forme de larme la plus rapide qui manipule le plus efficacement les flux pour générer une poussée, " explique Ristroph. " De plus, parce que nous avons exploré une grande variété de formes dans notre étude, nous avons également pu identifier exactement quels aspects de la forme étaient les plus responsables des bonnes performances des ailes les plus rapides."
Leurs résultats ont montré que la forme d'aile la plus rapide a un bord de fuite très fin, ce qui aide à générer de forts vortex ou des écoulements tourbillonnants pendant le battement. L'aile laisse une traînée de ces tourbillons lorsqu'elle repousse le fluide pour se propulser vers l'avant.
"Nous considérons le travail comme une étude de cas et une preuve de concept pour une classe beaucoup plus large de problèmes d'ingénierie complexes, en particulier ceux qui impliquent des objets dans les flux, comme la rationalisation de la forme pour minimiser la traînée sur une structure, " observe Ristroph. " Nous pensons que cela pourrait être utilisé, par exemple, pour optimiser la forme d'une structure pour récolter l'énergie des vagues d'eau."
