Формирование V

Построение с отрядами, расположенными в форме шеврона или буквы «V».

Евразийские журавли в V-образном строении

(видео) Птицы летят V-образным строем

V -образный строй представляет собой симметричный V - образный или шевронный строй . В природе он встречается среди гусей , лебедей , уток и других перелетных птиц , повышая их энергоэффективность , тогда как в человеческой авиации он используется в основном в военной авиации , авиасалонах и изредка в коммерческой авиации .

Полеты в V-образной форме, вероятно, повышают энергоэффективность. Обычно в этом строю летают крупные птицы, поскольку более мелкие птицы создают более сложные ветровые течения, которыми задним членам сложно воспользоваться. ^{[1] V} - образные формы также улучшают топливную эффективность самолетов .

Аэродинамика

Формирование V, возможно, повышает эффективность полета птиц, особенно на длинных миграционных маршрутах. ^[2] Это позволяет птицам впоследствии воспринимать подъемную силу восходящей волны за счет вихрей на кончиках крыльев ведущей птицы. ^{[3] [1]} Восходящий поток помогает каждой птице поддерживать собственный вес в полете, точно так же, как планер может подниматься или удерживать высоту неопределенно долго в восходящем воздухе. Ученые предполагают, что птицы способны находить место, где подъем наиболее желателен, либо визуально, либо ощущая поток воздуха своими перьями. ^[1]

Предыдущие исследования показали, что птицы могут использовать менее 20–30 процентов энергии. Согласно статье 1970 года, в V-группе из 25 особей каждая птица может добиться уменьшения индуцированного сопротивления и, как следствие, увеличить дальность полета на 71%. ^[4] В исследовании Nature , проведенном в 2001 году , исследователи использовали трекеры на пеликанах и получили результаты, что пеликаны, летающие в одиночку, имеют более высокую частоту сердечных сокращений и чаще машут крыльями по сравнению с теми, кто летает V-образным строем. ^[5]

Перелетные птицы в V-образном строю

Летные характеристики

В V-образном построении некоторые птицы предпочитают летать слева, некоторые справа и некоторые в центре. ^[6] Птицы, летящие на кончиках и спереди, своевременно чередуются, чтобы равномерно распределить усталость от полета среди членов стаи. Канадские гуси , утки и лебеди обычно образуют моток V-образной формы. ^[7] Таким образом, построение полета меняется вокруг V-образной формы и не остается постоянным.

Полет V-образным строем зависит не только от позиции, но и от времени взмахов. Птицы позади будут синхронизироваться с взмахами взмахов ведущей птицы, следуя по следу восходящей волны , оставленному птицей впереди. ^[1] Всякий раз, когда птица летит прямо за другой, она меняет форму взмахов, чтобы противостоять силе нисходящей волны. ^[1]

В ходе эксперимента с ибисами исследователи обнаружили, что полет V-образным строем — это навык, с которым они не родились. ^[6] Когда они впервые полетели вместе, они не летали V-образной формой. Однако со временем они начали учиться летать в таком строю, как если бы они были самоучками или учились, наблюдая за другими ибисами.

Приложения

Снежные птицы Королевских ВВС Канады летят V-образным строем на авиашоу

Военный полет

Построение «V» или «Вик» является основным летным строем военных самолетов во многих военно-воздушных силах. Формирование Вик также распространено в церемониальных эстакадах и полетах на авиашоу .

Подобное преимущество аэродинамики пытались использовать инженеры и летчики-исследователи. Поток воздуха от законцовок крыльев самолета может создать подъемную силу для самолетов позади, обеспечивая более эффективный полет. Центр летных исследований Драйдена НАСА инициировал программу НАСА по автономным групповым полетам, которая включала в себя систему управления полетными формациями, которая использует GPS , чтобы позволить самолету автоматически определять точное местоположение группировки. ^[8] Целью этой программы было устойчивое сохранение 10 процентов топлива, а экспериментальные данные показали, что можно достичь 15 процентов. Такое сокращение потребления топлива также может уменьшить количество загрязнений, выбрасываемых в окружающую среду. ^[8]

Командование воздушной мобильности , на долю которого приходится 20 процентов всего авиационного топлива, используемого федеральным правительством США, также экспериментирует с изменениями автопилота, чтобы найти лучший компромисс между уменьшенным сопротивлением «вихревого серфинга» и полученными в результате «ездовыми качествами» полета. через след другого самолета. ^{[9] [10]}

Коммерческий рейс

Airbus предпринял усилия по снижению расхода топлива в коммерческой авиации посредством своего проекта «fello'fly», ^[11] в котором два коммерческих самолета летают V-образным строем. Поскольку большие самолеты на высокой скорости создают огромные вихри на своих крыльях, два самолета будут лететь на расстоянии примерно 1,5–2 миль друг от друга, вблизи плавного восходящего потока. Таким образом, можно существенно сэкономить топливо без ущерба для комфорта пассажиров.

Тестовые полеты были выполнены с использованием двух вертолетов AS350 Écureuil , и результаты показали, что для второго самолета за рейс можно сократить расход топлива на 5–10 процентов. Этот процент на рейс означает несколько тонн авиатоплива и выбросов углекислого газа . ^[11] Тем не менее, необходимо решить операционные и финансовые проблемы и экономию между авиакомпаниями, а также графики данных о местоположении и высоте для самолетов с одинаковыми маршрутами, чтобы они могли летать вместе. ^[11]

Птицы, летающие V-образным строем

Этот список не является исчерпывающим, поскольку он не охватывает всех птиц, летающих V-образным строем. ^[12]

• Гуси
• Лебеди
• Чайки
• Краны
• Пеликаны
• Бакланы
• Ибис
• Утки

Прошлые исследования и выводы

• Визельсбергер (1914): аэродинамик, который первым предположил, что строение может дать птицам аэродинамическое преимущество. Из принципов аэродинамики он знал, что птицы создают подъемную силу Бернулли за счет восходящих и нисходящих потоков по краям их крыльев. Он предположил, что птицы, летящие V-образным строем, используют восходящий поток соседних птиц, чтобы уменьшить индуцированное сопротивление и, следовательно, сохранить энергию в полете. ^{[13] [14]}
• Гамильтон (1967): Утвердил, что шахматное расположение дает преимущество в визуальном общении с соседними птицами. В то же время он также обеспечивает четкое поле обзора во время полета. ^{[15] [14]}
• Лиссаман и Шолленбергер (1970): Провели эксперименты, чтобы дать количественную оценку сэкономленной энергии. В ходе своего исследования они пришли к выводу, что группа из 25 птиц может увеличить дальность полета птиц до 71% по сравнению с одной птицей. ^[4]
• Уиллис и др. (2007): Пытался изучить экономию энергии в полете с точки зрения соотношения положения и фазы взмахов крыльев между двумя соседними птицами. Результаты показали, что оптимальное взмахивание крыльями каждой птицы обеспечивает экономию энергии до 20%. ^[16]

Рекомендации

1. Waldron, Патрисия (15 января 2014 г.). «Почему птицы летают V-образным строем». Наука .
2. Уотсон, Трейси (15 января 2014 г.). «Почему птицы летают V-образным строем». США СЕГОДНЯ .
3. «Летайте как птица: наконец-то объяснено формирование V» . Новости BBC . 16 января 2014 г. Проверено 14 марта 2021 г.
4. Лиссаман, PBS; Шолленбергер, Карл А. (22 мая 1970 г.). «Формирование полета птиц». Наука . 168 (3934): 1003–1005. Бибкод : 1970Sci...168.1003L. дои : 10.1126/science.168.3934.1003. JSTOR  1729351. PMID  5441020.
5. «Почему гуси летают буквой V?». Библиотека Конгресса . Проверено 14 марта 2021 г.
6. «Птицы, летающие V-образным строем, используют удивительный трюк». Наука . 15 января 2014 г. Архивировано из оригинала 22 февраля 2021 года . Проверено 14 марта 2021 г.
7. "Оксфордский словарь: Моток" . Архивировано из оригинала 7 января 2019 года . Проверено 6 января 2019 г.
8. «НАСА - Центр летных исследований Драйдена - Центр новостей: Выпуски новостей: ПОЛЕТ АВТОНОМНОЙ ГРУППЫ НАСА: СЛЕДУЙТЕ ЗА ЛИДЕРОМ И ЭКОНОМЬТЕ ТОПЛИВО» . www.nasa.gov . Проверено 14 марта 2021 г.
9. Дриннон, Роджер. «Вортекс-серфинг может стать революцией». Командование воздушной мобильности , 10 октября 2012 г.
10. Уорик, Грэм. «С-17 занимаются серфингом, чтобы сэкономить топливо». Авиационная неделя , 12 октября 2012 г.
11. Говард Слуцкен (15 сентября 2020 г.). «Почему пассажирские самолеты вскоре могут летать строем» . CNN . Проверено 14 марта 2021 г.
12. Ньютон, Ян (2007). «Миграционный рейс». Миграционная экология птиц . стр. 45–66. дои : 10.1016/b978-012517367-4.50003-6. ISBN 978-0-12-517367-4.
13. Визельсбергер, Карл (1914). «Beitrag zur Erklarung des Winkelfluges eineger Zugvogel, Z. Flugtechnik &». Моторлюфтшиффарт . 5 : 225–229. НАИД  10008221745.
14. Баец, Изток Лебар; Хеппнер, Фрэнк Х. (октябрь 2009 г.). «Организованный полет птиц». Поведение животных . 78 (4): 777–789. дои : 10.1016/j.anbehav.2009.07.007. S2CID  53180059.
15. Гамильтон, WJ (1967). «Социальные аспекты механизмов ориентации птиц». В «Шторме», Роберт М. (ред.). Ориентация и навигация животных: материалы двадцать седьмого ежегодного биологического коллоквиума, 6-7 мая 1966 г. Издательство Университета штата Орегон. стр. 57–71. ОСЛК  1148008083.
16. Уиллис, Дэвид; Перайр, Хайме; Брейер, Кеннет (2007). «Вычислительное исследование полета биоинспирированных пластов и воздействия земли». 25-я конференция AIAA по прикладной аэродинамике . дои : 10.2514/6.2007-4182. ISBN 978-1-62410-006-2.

Библиография

• Холмс, Тони. Спитфайр против Bf 109: Битва за Британию . Оксфорд, Великобритания/Нью-Йорк: Оспри, 2007. ISBN 1-84603-190-7 . 

Внешние ссылки

Мигрирующие птицы реального полета V-образной пространственной конфигурации. Реальный набор данных из фотографий миграции птиц Северной Германии).

СМИ, связанные с образованиями V, на Викискладе?