Весёлая часть детства - ловить кузнечиков и стрекоз на поле возле дома. Детям всегда приходилось находить творческие и скрытые методы, чтобы поймать этих существ, и теперь давайте узнаем, как они могут транспортировать себя.
Казалось бы, что может быть проще для насекомого - подпрыгнуть и полететь? Но, если сопоставить размер особи саранчи и дальность ее полета - это кажется фантастическим!
Кузнечики не только имеют сильные ноги для прыжков, но и умеют летать! Вот как перемещаются саранчовые кузнечики на такие большие расстояния. У пустынной саранчи даже самое быстрое и надежное время полета насекомого - 33 км в час. Хотя другие насекомые могут летать быстрее, саранча является относительно простым животным для изучения, учитывая, что она больше по размеру. Было проведено исследование с использованием Schistocerca gregaria, пустынной саранчи, для понимания летных характеристик насекомых.
У пустынной саранчи есть четыре крыла, но это большой и настойчивый летчик, что делает его хорошим кандидатом для лабораторных работ. Аэродинамические силы, оказываемые парами крыльев друг на друга, считались незначительными. Когда саранча летит, она вытягивает среднюю пару ног и задние ноги назад вдоль живота. Его антенны вытянуты вперед, а передняя пара ног подтянута вверх.
Известно, что крылья пустынной саранчи имели толщину 0,05 мм, что было значением, используемым при компьютерном моделировании. Сетка была сделана из нескольких частей. Аэродинамические силы были рассчитаны путем интегрирования вязкого напряжения и давления на тело. Этот вычислительный метод был проверен путем сравнения его с другими методами расчета.
Были запущены две упрощенные модели кинематики крыла. В одной модели мгновенный поворот и угол атаки были сохранены, но изогнутый аккорд был заменен прямой линией от передней кромки к задней кромке. В этой модели крылья испытывают ту же деформацию кручения, что и настоящие крылья. Во второй модели деформации кручения были устранены путем замены реального крыла плоской плоскостью той же области и того же угла атаки среднего крыла. В этой модели крыло подвергается такому же вращению от основания крыла, но не претерпевает никаких крутильных деформаций.
Крылья без камеры (первая модель) имеют меньшую подъемную силу и тягу при движении вниз, чем показано моделью точности. Раскрученные крылья (вторая модель) также требуют большей мощности для создания аэродинамических сил, чем модель верности.
Аэродинамические преимущества фактического саранчового крыла были выявлены путем сравнения общей экономии энергии трех компьютерных моделей (без камеры, раскручивания и точности). Общая экономия энергии определяется как отношение общей силы к общей мощности, как силы, так и мощность, усредненная по времени.
Суммарная экономия электроэнергии в моделях без камеры (0,98 НВт − 1) и раскрученной (0,84 НВт − 1) соответственно на 7% и 15% ниже, чем суммарная экономия электроэнергии в модели с полной точностью (1,06 НВт – 1) ,
Более низкая эффективность передачи импульса обусловлена разделением передних кромок, которое происходит на задних крыльях в упрощенных моделях, а также результирующей силой, имеющей другое направление в упрощенных моделях.
Отношение подъемной силы к мощности, усредненное по времени, известно как экономия подъемной мощности. Экономия подъемной силы некамерных крыльев (0,78 НВт − 1) на 12% ниже, чем у модели с полной верностью (0,88 НВт − 1), тогда как экономия подъемной мощности раскрученных крыльев (0,51 НВт-1) составляет 35 % ниже.
Этот эксперимент заключил, что деформация крыла была необходима в саранче для поддержания наилучшего направления для векторов аэродинамической силы и эффективной передачи импульса. Деформация крыла в задних крыльях помогает поддерживать практически постоянный угол атаки при движении вниз, что уменьшает разделение потока, а также увеличивает сопротивление.
Такие аэродинамические упругие деформации в инженерной системе еще не соответствовали элегантности и эффективности саранчи.