Птицы экономят энергию при полёте клином за счёт более плоских взмахов крыльев

Исследователи из Брауновского университета выяснили, как именно птицы экономят энергию при полёте клином. Оливия Поммеренк и Кенни Бройер разработали аэродинамическую модель, имитирующую силы, действующие на птицу, летящую за другой в классической V-образной формации. Модель показала, что птица в такой позиции тратит на 11% меньше механической мощности. Экономия достигается в основном за счёт уменьшения вертикальной амплитуды взмахов крыльев. Об этом сообщает портал Phys.org.

«Главное изменение, которое мы видим в этой позиции, — это амплитуда взмахов, — говорит Поммеренк, постдокторант инженерной школы Брауна. — По крайней мере для этого вида птиц амплитуда составляет около 70% от того, что было бы при одиночном полёте. Это довольно резкое изменение». Ранее в лаборатории Бройера эксперименты со скворцами в аэродинамической трубе подтвердили, что V-образный строй помогает следующим птицам экономить энергию — затраты снижаются на 25%.

Энергетический выигрыш, вероятно, связан с вихрями на концах крыльев. Воздушные потоки от этих вихрей создают зону аэродинамического нисходящего потока прямо за птицей и зону восходящего потока сбоку. Именно восходящий поток, по мнению Бройера и Поммеренк, даёт аэродинамическое преимущество. Однако до сих пор было неясно, как именно он снижает нагрузку на птицу. Новая модель показывает, что восходящий поток от лидирующей птицы уменьшает потребность ведомой в создании тяги, что позволяет ей сократить амплитуду взмахов и сэкономить энергию.

Модель, построенная покадрово, разбивает движение на серию снимков во времени. «Если я заморожу мир, мы получим след, находящийся в определённом положении, и крылья ведомой птицы в определённом положении, — объясняет Поммеренк. — Есть ряд теорем гидродинамики, которые можно последовательно применить, чтобы вычислить силы, действующие на ведомую птицу в этот момент». Суммируя эти снимки, модель фокусируется на эффектах пульсирующего следа. Все выводы модели согласуются с экспериментальными наблюдениями, но добавляют недостающее объяснение.

Результаты могут найти применение не только в орнитологии. «Есть также последствия для инженерных систем, — отмечает Бройер. — Всё это можно применить для оптимизации управления роями дронов, используемых, например, в сельском хозяйстве или пожаротушении». Поммеренк надеется, что модель взаимодействия двух птиц в будущем удастся включить в более крупную модель полёта, учитывающую социальные и поведенческие аспекты. Это может стать важным шагом к пониманию формаций и мурмураций, которые давно завораживают орнитологов и любителей птиц.