Kolejną zagadkę lotu ptaków zbadali naukowcy z Korei i Polski

Wiadomo było, że podczas powolnego lotu pod dużym kątem natarcia (np. przy lądowaniu) ptaki wykorzystują niewielką grupę piór zwanych skrzydełkiem albo "alula". Właśnie tak specjaliści od anatomii każą nazywać małą grupę piór wyrastających z kości kciuka ptaka, czyli miejsca na przednim zgięciu skrzydła. Naukowcy wskazywali analogie pomiędzy rolą alula i slotów na przedniej krawędzi skrzydła samolotu. Sloty poprawiają właściwości aerodynamiczne maszyny - zwiększają jej siłę nośną lub opóźniają oderwanie się strug powietrza od płata skrzydła.

Nie było jednak wiadomo, jak to się dzieje, że mała kępka piór pomaga tak miękko lądować. Aerodynamiczne subtelności tej struktury rozszyfrowali teraz naukowcy z Narodowego Uniwersytetu w Seulu (Seoul National University)w Seulu oraz z Muzeum i Instytutu Zoologii PAN w Warszawie. Swoje wyniki prezentują w piśmie "Scientific Reports" grupy wydawniczej Nature.

Badania prowadzono na srokach, które są jednymi z najpopularniejszych ptaków w Korei Południowej. Główna autorka pracy, dr Sang-im Lee z Institute of Advanced Machines and Design oraz ze School of Biological Sciences w Seoul National University (SNU) w Korei, ich zachowania i ekologię bada od dawna. "Przeprowadziłam mnóstwo obserwacji ich lotu. Kiedy kupiliśmy szybkoklatkową kamerę, razem z Piotrem (ornitologiem prof. Piotrem G. Jabłońskim jednym z autorów publikacji - PAP) filmowaliśmy lot srok w terenie i zaciekawiło nas, jak wykorzystują przy tym skrzydełko. Choć rzadko używały go podczas startu, było ono w użyciu przy większości lądowań" - opowiada badaczka PAP.

Naukowcy zaczęli przeglądać literaturę i okazało się, że funkcja skrzydełka wcale nie została dokładnie opisana. "To było dla nas zaskoczeniem! Najstarsza publikacja poświęcona alula pochodziła z 1971 r., a wśród późniejszych publikacji tylko kilka dotyczyło znaczenia skrzydełka. Co gorsza, nie we wszystkich z nich wskazywano na aerodynamiczne znaczenie tej struktury" - podkreśla dr Sang-im Lee.

Aby lepiej poznać rolę skrzydełka, autorzy publikacji w "Scientific Reports" przeprowadzili bardzo wszechstronne badania. Zaczęli od ptaszarni, gdzie obserwowali sroki sfruwające na ziemię z wysokich żerdzi. Filmowali je w okresie pierzenia, kiedy ptaki gubiły pióra, również te porastające skrzydełko. Potwierdziło się, że obecność skrzydełka pozwala lądować szybciej, pod większym kątem, i sprawniej manewrować ciałem.

Kolejne etapy badania zrealizowano w tunelu aerodynamicznym, gdzie naukowcy mierzyli siły działające na skrzydło sroki w czasie lotu. Przeprowadzili też wizualizacje ruchu powietrza wokół skrzydła.

„Niemal wszystkie teorie aerodynamiczne opierają się na założeniu, że skrzydło jest dwuwymiarowe, tzn. opływ powietrza modelowany jest wokół przekroju porzecznego skrzydła” - mówi Sang-im Lee. "To wystarcza w przypadku większości skrzydeł zaprojektowanych przez ludzi, które są długie i smukłe, jak w samolotach pasażerskich, a ich przekrój poprzeczny nie zmienia się zbytnio wzdłuż skrzydła. Teorii tych nie można jednak wykorzystywać do interpretacji zachowania skrzydła ptaka posiadającego alula, gdyż alula czyni z niego strukturę trójwymiarową; pióra skrzydełka łączą się z głównym skrzydłem w jednym miejscu, a jego szczyt wręcz od niego odstaje. Odległość pomiędzy piórami skrzydełka a samym skrzydłem rośnie wraz z odległością od podstawy do szczytu alula" - tłumaczy Sang-im Lee.

Dzięki badaniom aerodynamicznym i wizualizacji ustalono, że na szczycie skrzydełka tworzy się niewielki wir powietrza, i to on decyduje o sposobie, w jaki powietrze opływa skrzydło. Wir ten jest pomocny w locie - sprawia, że strumień powietrza lepiej "trzyma się" powierzchni skrzydła, co zwiększa jego siłę nośną i ułatwia manewry, zwłaszcza w czasie lotu pod dużym kątem.

Wyniki badania mogą mieć przełożenie praktyczne. "Sądzimy, że strukturę podobną do alula można zastosować w konstrukcji skrzydeł dla niewielkich maszyn latających, takich jak klasyczne bezzałogowce czy miniaturowe drony - mówi Sang-im Lee. - Aby jednak wnioski z badania trójwymiarowych skrzydeł ptaka można było przełożyć na praktycznie dwuwymiarowe konstrukcje projektowane przez inżynierów, zajmując się skrzydłami ptaka musimy dokonać uproszczeń. Robimy to, badając skrzydła wielu innych gatunków".

PAP - Nauka w Polsce, Anna Ślązak

zan/ mrt/