부엉이의 조용히 날아다니는 비밀

올빼미는 날아다니는 동안 무시할만한 소음을 냅니다. 많은 연구에서 올빼미 날개의 미세 무늬를 조용한 비행과 연관시켰지만 정확한 메커니즘은 불분명했습니다. 이제 연구진은 전산 유체 역학 시뮬레이션을 통해 이러한 미세 무늬가 올빼미 날개의 소리와 공기 역학적 성능에 미치는 영향을 밝혀냈습니다. 그들의 발견은 저소음 유체 기계 개발을 위한 생체 모방 설계에 영감을 줄 수 있습니다.

올빼미는 가장 조용한 곳을 조용히 날아갈 수 있는 매혹적인 생물입니다. 그들의 날개는 비행하는 동안 소음을 내지 않으며 뛰어난 청각 능력을 사용하여 감지되지 않은 상태에서 먹이를 정확하게 찾을 수 있습니다. 이 독특한 능력은 다양한 요인에 따라 달라지며 오랫동안 뜨거운 연구 주제였습니다.

연구에 따르면 조용히 비행하는 능력과 올빼미 날개의 미세한 무늬 사이의 연관성이 발견되었습니다. 이러한 뒷전(TE) 무늬는 날개 플랩으로 인한 공기 이동으로 인해 발생하는 소음을 억제하는 데 중요한 역할을 합니다.

이러한 무늬를 연구하면 유체 기계로 인해 발생하는 소음을 줄이는 유망한 방법이 개발될 수 있습니다. 많은 연구에서 평판과 익형을 사용하여 이러한 무늬를 평가했지만 깃털의 상호 작용과 실제 올빼미 날개의 다양한 날개 특징에 대한 정확한 메커니즘과 효과는 알려지지 않았습니다.

조용한 올빼미 날개의 비밀을 밝히기 위해 Hao Liu 교수는 공학 대학원의 Jaixin Rong 박사, 일본 치바 대학 과학 대학원의 Yajun Jiang 박사 및 Masashi Murakami 박사를 포함한 동료들과 함께 조사했습니다.

연구의 동기에 대해 질문을 받았을 때 Liu 교수는 “많은 연구자들의 많은 노력에도 불구하고 올빼미가 조용한 비행을 달성하는 방법은 여전히 ​​​​아직 공개되지 않은 질문입니다. 조용한 비행에서 TE 줄무늬의 정확한 역할을 이해하면 우리가 응용 프로그램을 적용할 수 있습니다. 실용적인 저소음 유체 기계 개발에 힘쓰고 있습니다.” 그들의 연구 결과는 저널에 게재되었습니다. 생체영감 및 생체모방학 2023년 11월 17일.

올빼미 날개가 어떻게 작동하는지 이해하기 위해 팀은 모든 기하학적 특성을 갖춘 실제 올빼미 날개의 3차원 모델 두 개(TE 무늬가 있는 모델과 없는 모델)를 만들었습니다. 그들은 이러한 모델을 사용하여 대규모 와류 시뮬레이션 방법과 Ffowcs-Williams-Hawkings 유추를 결합한 유체 흐름 시뮬레이션을 수행했습니다. 시뮬레이션은 실제 올빼미가 활공 비행하여 접근하는 속도로 수행되었습니다.

시뮬레이션 결과, TE 무늬는 특히 높은 받음각에서 올빼미 날개의 소음 수준을 줄이고 무늬가 없는 올빼미 날개에 필적하는 공기역학적 성능을 유지하는 것으로 나타났습니다. 팀은 TE 무늬가 공기 흐름에 영향을 미치는 두 가지 보완적인 메커니즘을 식별했습니다. 첫째, 무늬는 뒷전 와류를 분해하여 공기 흐름의 변동을 줄입니다. 둘째, 날개 끝 깃털 사이의 흐름 상호 작용을 줄여 날개 끝 소용돌이의 발산을 억제합니다. 이러한 메커니즘은 시너지 효과를 발휘하여 TE 프린지의 효과를 향상시켜 공기역학적 힘 생성과 소음 감소를 모두 개선합니다.

Liu 교수는 이러한 결과의 중요성을 강조하면서 “우리의 연구 결과는 TE 무늬와 다양한 날개 특징 사이의 복잡한 상호 작용 효과를 보여주며, 드론, 풍력 터빈과 같은 실제 응용 분야에서 소음을 줄이기 위해 이러한 무늬를 사용하는 것의 타당성을 강조합니다.”라고 말했습니다. , 프로펠러, 심지어 날아다니는 자동차까지요.”

전반적으로, 이 연구는 올빼미의 조용한 비행에서 TE 줄무늬의 역할에 대한 이해를 심화시키고 저소음 유체 기계 개발로 이어질 수 있는 생체 모방 설계에 영감을 줄 수 있습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/01/240123122156.htm