Авиаконструкторы случайно объяснили разницу в цвете крыльев альбатроса

Инженеры из Государственного университета Нью-Мексико объяснили разный цвет верхней и нижней сторон крыла у альбатросов. По расчетам исследователей, во время полета верхняя черная сторона крыльев у этих птиц примерно на 10 градусов теплее, чем нижняя белая поверхность. Из-за этого температура пограничного слоя на поверхности крыла повышается, а сила трения уменьшается, позволяя альбатросам меньше уставать и дольше находиться в воздухе. Исследование опубликовано в Journal of Thermal Biology.

Полет птиц можно разделить на два типа. Активный или машущий, во время которого они работают крыльями, и пассивный или парение, когда птицы не тратят свою энергию, а полет продолжается за счет потери скорости или высоты. Есть еще один тип парения, во время которого птицы набирают высоту в воздушных термических потоках или используют разницу в скорости ветра на различной высоте от поверхности. Птицы с большими крыльями, такие как грифы, пеликаны или альбатросы используют все виды полета.

Окраска птиц многообразна и служит, например, для привлечения партнера во время брачного периода или для камуфляжа. Она опосредованно влияет и на способность к полету. Как показали исследования, перья окрашенные меланином, более устойчивы к истиранию, чем перья, лишенные этого пигмента. У большинства белых птиц перья на крыльях или на их кончиках окрашены меланином в черный цвет, что придает им дополнительную прочность. По некоторым данным (1, 2), цвет перьев влияет на температуру пограничного слоя (другое название: слой трения) на поверхности крыла, и, тем самым, на способность птиц к разным видам полета.

Авторы новой работы решили выяснить, влияет ли расцветка птиц на перемещение тепла с крыла на окружающий его пограничный слой и тем самым на уменьшение силы трения, препятствующей полету и выматывающей птиц. Сейчас исследователи разрабатывают дизайн микробеспилотника, который был бы способен к длительной продолжительности полета, и считают, что изучение строения птичьих крыльев им поможет.

В качестве модели инженеры из Нью-Мексико использовали альбатросов. Как и другие большие птицы, для полета они используют парение в термических воздушных потоках. Но, кроме того, у альбатросов один из самых больших среди птиц размах крыльев, достигающий 3,5 метра и высокое удлинение (отношением размаха крыльев к их ширине). Во время парения в термических потоках высокое удлинение уменьшает торможение. Также у альбатросов очень высокая загрузка крыла, что тоже может быть полезным для проектирования дронов, и они способны пролетать расстояние до 15 тысяч километров.

Крылья у альбатросов разноцветные: черный верх, белый низ. Поглощение солнечного тепла во время полета на разных сторонах крыльев разное, черная сторона нагревается больше, чем светлая. Авторы работы, использовали для верхней части крыла модель плоской пластины, изолированной от нижней его части, и рассчитали температуру его поверхности. Также они проанализировали летные характеристики альбатросов в разное время года и разное время суток.

Оказалось, что разница температуры на верхней и нижней поверхностях крыла — около десяти градусов Цельсия. Также исследователи выяснили, что темный цвет верхних перьев уменьшает трение во время полета за счет повышения температуры пограничного слоя над крылом, а погодные условия мало на это влияют. Авторы статьи замечают, что, вероятно, это является одной из основных причин высокой выносливости альбатросов и эффективности их полета.

Авиаконструкторы не в первый раз изучают особенности полета альбатросов. Несколько лет назад немецкие инженеры выяснили, что динамическое парение альбатросов над поверхностью воды условно можно разделить на четыре фазы. Одна из них, во время которой птица меняет направление, помогает ей набрать необходимую энергию для парения.

Екатерина Русакова