他们滑行,他们嘶嘶声,他们......飞翔?不要让他们的无翼尸体欺骗你-一些蛇可以在空中100英尺的范围内滑行,从树枝上跳下来并旋转它们的肋骨以使它们的身体变平并从一侧移动到另一侧。乔治华盛顿大学教授的一项新研究调查了飞行背后的运作以及它们是否可以应用于机械问题。
LorenaBarba,GW工程与应用科学学院机械与航空航天工程副教授及其团队,包括GW和博士高级研究助理AnushKrishnan。波士顿大学的学生使用最新的计算技术(称为图形处理单元(GPU))构建计算机模型,并应用计算流体动力学来研究飞蛇的空气动力学。
这项名为“飞蛇的升力和尾迹”的研究在BU进行,于3月4日发表在“流体物理学”杂志上。这项工作是第一个通过计算方式研究蛇的横截面升力的工作。
“通过模拟,你可以真实地看到空气在物体周围移动时发生的细节,”巴尔巴博士说。“我们决定使用这个工具来揭示,首先,如果我们能够观察到相同的升力特征,如果是这样的话,我们是否可以通过获取详细数量并将其可视化来查询流量“。
众所周知,Chrysopelea属中有三种蛇滑行,其中一种,即Chrysopeleaparadisi,甚至可以看到转向半空中。至少有30个独立的动物血统已经进化出滑翔飞行,但是飞蛇是唯一没有附属物的滑翔机,使用类似的运动模式来导航地球,水和空气。
Barba博士的合作者,弗吉尼亚理工大学的助理教授JakeSocha,多年来一直在研究和拍摄飞蛇运动,他们从自然栖息地的起重机中发射它们。他的团队还用管道建造物理模型,在风洞中进行测试。该小组预计蛇的空气动力学升力随迎角(轮廓与飞行轨迹之间的角度)增加,然后在失速后突然下降。但他们实际测量的是在高达30度的攻角时增加的升力,在35度的角度处的急剧增加,然后是轻微的减小。Barba博士说,这表明蛇使用一种叫做“提升增强”的机制来获得额外的提升。
有了这些信息,Barba博士和她的团队决定使用GPU加速的计算流体动力学模拟来模拟蛇体的二维横截面。研究人员观察到相同的升力增强,并能够测量和可视化空气旋转和气压的细节。计算机模型充当流体力学的“虚拟显微镜”,允许研究人员放大非常靠近身体,以了解空气如何在蛇周围旋转。
虽然巴尔巴博士和她的研究小组获得了有关飞蛇的空气动力学知识,他们只能够研究蛇的身体的横截面用作动物的“翅膀”。接下来,Barba博士希望构建蛇的三维模型,以研究蛇在飞行时如何以及为什么在空中摆动。
关于蛇的飞行的更多信息可能有可能为现实世界的问题提供解决方案,例如小型风力涡轮机的理想气流。