Никто точно не знает, как ночные охотники управляют своим шепчущим полетом, но это вдохновляет на создание более тихих самолетов, вентиляторов и ветряных турбин.
Инновации могут уменьшить шум до 10 децибел, подобно разнице в шуме между проезжающим грузовиком и проезжающим автомобилем.
У каждого любителя совы есть история о том, как они впервые услышали сову - точнее, не услышали. Незабываемо видеть огромную птицу, размах крыльев которой может достигать шести футов, скользящую по воздуху без единого шёпота.
Первая близкая встреча Джастина Яворского произошла на летной выставке недалеко от Кембриджа в Англии. Совы тренировались летать очень близко к зрителям. Его первым опытом было уклониться, чтобы избежать столкновения.
Лабораторные измерения показали, что слабый шум, сделанный амбарной совой, находится ниже порога человеческого слуха до тех пор, пока сова не окажется на расстоянии около трех футов - подвиг, который биологи и инженеры далеки от полного понимания. Но исследователи обеих дисциплин работают над тем, чтобы разгадать загадку бесшумного полета - некоторые из них стремятся создать более тихие вентиляторы, лопатки турбин и крылья самолетов.
Такие нововведения, вдохновленные совой, могут снизить уровень шума до 10 децибел, подобно разнице в шуме между проезжающим грузовиком и проезжающим автомобилем.
Яворски, инженер из Университета Лехай в Пенсильвании, вряд ли первый ученый, которого заворожила головоломка бесшумного полета совы. В 1934 году Роберт Рул Грэм - британский пилот и знаток птиц - обратил внимание на три конструкции на крыльях совы, которые могут объяснить тихий полет сов.
Более 80 лет спустя его «парадигма трех черт», как ее называет Кристофер Кларк, до сих пор цитируется во многих работах о совиных крыльях.
Сначала Грэм указал на необычную структуру, называемую «гребнем», которая буквально выглядит как гребень, проецируемый вперед от переднего края крыла. Во-вторых, он отметил, что большая часть крыла совы покрыта мягким слоем бархатистых перьев. Наконец, он заметил, что перья на заднем краю крыла образуют неровную бахрому.
Большинство исследователей до сих пор сходятся во мнении, что гребень, бархат и бахрома каким-то образом сочетаются для снижения шума, но у совы может быть больше хитростей.
В настоящее время существует два способа понять полет совы: инженерный взгляд, основанный на уравнениях движения жидкости и экспериментах в аэродинамической трубе, и биологический взгляд, основанный на анатомии, поведении. Даже инженеры понимают, что идеализированных исследований, основанных на жестких, необветренных крыльях, недостаточно. Вполне возможно, что сова использует свои перья и небольшие регулировки формы крыла активно, а не пассивно, для управления воздушным потоком. Инженеры даже близко не подходят к пониманию этого процесса, который охватывает несколько размерных шкал, от колючек перьев до отдельных перьев, до всего крыла.
Объяснение, как сова подавляет шум, поможет в первую очередь определить, откуда исходит шум. Для самолета, прилетающего на посадку, большая часть шума исходит не от двигателей, а от потока воздуха вокруг самолета, особенно от звука, производимого на заднем крае крыльев. Турбулентный воздух, проносящийся мимо открытых краев крыльев, переводится в скучный рев, который вы слышите, когда самолет пролетает над головой.
Исследователи обучили барсуковую сову из Флориды летать через специальную комнату звукозаписи. Совы издавали очень мало звука в диапазоне человеческого слуха. Низкочастотные звуки, издаваемые полетом совы, не слышны, независимо от расстояния. Люди могут слышать шум от полета на средних частотах, когда сова находится на расстоянии от одного до трех метров. Крылья и перья совы особенно хорошо гасят высокочастотные звуки, которые можно услышать только в том случае, если человек находится в пределах метра от шума.
Одним из способов снижения этого шума было бы сделать задний край крыла менее жестким, более пористым и более гибким. Яворски и Пике математически рассчитали, как инженеры могут использовать такую пористость и эластичность для снижения шума, и как количественно измерить этот сниженный шум.
Эти расчеты подтверждены экспериментами в аэродинамической трубе. Различные пористые материалы действительно снижают шум. Работа Томаса Гейера из Бранденбургского технологического университета в Германии показала, что пористое крыло размером с сову может быть примерно на 2-5 децибелов тише, чем обычное крыло.
Однако, по словам Гейера, правильный пористый материал имеет решающее значение; в ходе испытаний в аэродинамической трубе некоторые материалы фактически усилили высокочастотный шум. Измерения сов в полете показывают, что их крылья глушат только частоты выше 1600 герц. Так как именно в этом диапазоне начинается слух грызунов, то именно в этом диапазоне сова больше всего выиграет от подавления, так как она охотится за едой.