Gli scienziati hanno usato oltre un milione di modelli raffinati di forza aerodinamica e di flusso d'aria combinato per stabilire cosa rende le ali dei colibrì così adatte per il volo a punto fisso.
I risultati potrebbero avere un impatto significativo sia sulla ricerca aerodinamica che sul miglioramento di droni e altri velivoli ispirati alla natura, secondo quanto crede la squadra guidata da David Lentink, assistente universitario di ingegneria meccanica alla Stanford University.
La ricerca si concentra su uno studio dell’allungamento alare (il rapporto tra la lunghezza dell’ala e la sua ampiezza, o corda alare). L’ allungamento alare, delle ali o delle pale, della maggior parte degli aeroplani e degli elicotteri è alto, cioè esse tendono ad essere lunghe e sottili.
Un elevato allungamento alare funziona perfettamente quando l’angolo di attacco è basso, cioè quando le ali sono più o meno parallele al terreno, e soprattutto quando ruotano o planano.
Molti aeroplani ed elicotteri hanno ali o pale con un alto allungamento alare. Tuttavia, ad angoli maggiori, il flusso dell’aria sulle ali diventa instabile, si separa dalla superficie e il volo rischia lo stallo.
La maggior parte dei volatili, inclusi i colibrì, possiede ali caratterizzate da un allungamento alare molto basso, ali corte e tozze.
«Gli scienziati hanno per lungo tempo osservato come le ali di questi animali permettano loro il volo a punto fisso o di spostarsi molto lentamente, e persino di rimanere in volo con angoli di attacco molto ripidi; ma come riescano a fare queste cose, rimane ancora un complicato mistero», afferma Lentink.
Per far chiarezza su questo problema fisico, Lentink e i suoi colleghi hanno montato delle ali, provenienti da esemplari da museo di colibrì Anna, ad un dispositivo rotante e hanno monitorato come l’aria passasse intorno alle ali mentre queste battevano in modo da imitare il volo stazionario.
I risultati hanno dimostrato che il margine anteriore delle ali creava nell’aria un piccolo vortice simile ad un tornado, come avevano già osservato precedenti studi effettuati dal vivo sul volo a punto fisso dei colibrì.
Per capire il ruolo della robustezza delle ali nella capacità di volare a punto fisso, la squadra ha studiato una vasta gamma di modelli di ali di colibrì, da quelle con il minore a quelle con il maggiore allungamento alare.
Si è scoperto che le ali con un alto allungamento alare tipiche degli elicotteri sono estremamente efficaci in angoli di attacco bassi, ma si bloccano, come previsto, ad angoli ripidi come quelli del volo dei colibrì.
A questi angoli così acuti, le ali intermedie dei colibrì per eseguire un volo a punto fisso necessitavano circa il 20 per cento di energia in meno, rispetto alle pale degli elicotteri.
I ricercatori hanno esaminato la fisica dei fluidi negli esemplari di ogni specie di colibrì (dal colibrì di Elena, lungo 5 cm, al colibrì gigante, che raggiunge i 20 cm) e altri volatili come insetti e piccoli pipistrelli.
Hanno determinato che ali dal basso allungamento alare, simili a quelle delle mosche, sono meno efficaci e che, sebbene ali molto sottili generino vortici, questi non si estendono all’intera lunghezza. La ricerca dimostra che il punto giusto per la formazione di un vortice stabile è quattro volte la lunghezza della corda alare, a partire dalla base dell’ala; oltre questa posizione radiale, l’ala si blocca.
Curiosamente, questo potrebbe essere il motivo per cui la maggior parte dei colibrì, come la maggior parte degli insetti, dei pipistrelli e di altri uccelli, ha di solito un allungamento alare con un rapporto tra 3 e 4.
« C’è bisogno di più ricerche sulle ali in movimento, ma questa scoperta ci porta ad un esempio di convergenza evolutiva», afferma Lentink.
«Può anche spiegare il grande divario tra l’ingegneria e le ali dal design naturale. Se si effettua un basso angolo di attacco, si vorrebbe usare una pala di elicottero efficientissima, ma se si vogliono evitare stalli ad angoli di attacco ripidi, è meglio scegliere le ali tozze di un colibrì».
Oltre a rispondere ad antiche domande aereodinamiche, questo lavoro, afferma Lentink, sarà essenziale nella progettazione dei quadrirotori, che hanno bisogno di volare a punto fisso o a basse velocità nelle turbolenze.
Una folata potrebbe aumentare improvvisamente l’angolo di attacco delle pale rotanti, dice Lentink, l’elicottero non andrà in blocco se le pale avranno lo stesso allungamento alare dei colibrì, e ci vorrà meno energia per farle girare.
Lo studio è apparso nel Journal of the Royal Society Interface. I coautori sono Jan Kruyt, dell’università di Stanford e Wageningen, Olanda, GerJan van Heijst, dell’università di tecnologia di Eindhoven, Olanda, e Douglas Altshuler, della British Columbia.
Fonte: http://epochtimes.it/
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