"Птицы легко выполняют сложные маневры и легко адаптируются, так что именно в их полете наиболее полезно для внедрения в будущие самолеты?" - сказала Кристина Харви, доцент кафедры механики и аэрокосмической инженерии Калифорнийского университета в Дэвисе и ведущий автор статьи.

Харви начала изучать чаек, будучи студенткой магистратуры по зоологии в Университете Британской Колумбии, после получения степени бакалавра в области машиностроения.

"Чайки очень распространены, их легко найти, и они действительно впечатляющие планеры", - сказала она.

Харви продолжила свою работу над чайками в качестве докторанта Мичиганского университета. Недавно она присоединилась к преподавательскому составу Калифорнийского университета в Дэвисе после получения степени доктора философии.Степень магистра в области аэрокосмической инженерии.

В марте этого года Харви и его коллеги из Мичиганского университета опубликовали в журнале Nature статью, в которой анализируется динамика полета 22 видов птиц. В то время как предыдущие исследования, как правило, были сосредоточены на аэродинамике - как воздух движется вокруг птицы - Харви разработал уравнения для описания инерционных свойств птиц, таких как центр тяжести и нейтральная точка, где аэродинамические силы могут быть последовательно смоделированы как точечные силы.

Самолеты, как правило, спроектированы так, чтобы быть устойчивыми или нестабильными. Устойчивый самолет будет стремиться вернуться к устойчивому полету при возмущении (например, при порыве ветра). Это желательно, например, для авиалайнера, но не для реактивного истребителя. Высокоманевренные самолеты спроектированы так, чтобы быть неустойчивыми.

В своей статье о природе Харви и его коллеги показали, что почти все изученные виды птиц способны как к стабильному, так и к нестабильному полету и используют движения крыльев для переключения между этими режимами.

Управляемый полет

Новое исследование основывается на этой работе, объединяя аэродинамические исследования с использованием 3D-печатных моделей чаек и крыльев чаек в аэродинамической трубе с компьютерным моделированием сил инерции, чтобы понять, как чайки достигают устойчивости вдоль своей длинной оси (падение или подъем).

Они обнаружили, что чайки могут регулировать то, как они реагируют на возмущения в этой оси, регулируя свои запястные и локтевые суставы и изменяя форму крыльев. Команда смогла предсказать летные качества чаек и то, как быстро они могут оправиться от возмущения, подобного порыву ветра. Это время реакции также дает представление о "контролируемой дальности полета" птицы и о применении динамики полета птицы к самолету.

"Анализ летных качеств задает вопрос: если бы вы построили самолет, в точности похожий на чайку, смог бы человек управлять им?" - сказал Харви.

Поскольку беспилотные летательные аппараты, или дроны, становятся все более широко используемыми, они должны уметь ориентироваться в сложных городских условиях, что птицы делают очень хорошо. Более глубокое понимание полета птиц могло бы помочь улучшить конструкции беспилотных летательных аппаратов для различных целей.

Харви откроет свою лабораторию в Калифорнийском университете в Дэвисе этой осенью. Она надеется сотрудничать с другими исследователями кампуса, включая Калифорнийский центр хищных птиц и исследователей, работающих над полетом насекомых в Колледже биологических наук.

"Существует так много открытых вопросов о полете птиц, - сказала она, - что я с нетерпением жду возможности узнать, что еще можно открыть".

Соавтором статьи является Дэниел Инман из Мичиганского университета. Работа Харви частично поддерживается грантами Управления научных исследований ВВС США и Национального научного фонда.