08/08/2024
Door Ad Spijkers
Een nieuwe studie naar de vlucht van torenvalken kan toekomstige drone-ontwerpen en vluchtbesturingsstrategieën verbeteren.
Toepassingen zoals pakketbezorging, voedselbezorging en milieubewaking worden steeds haalbaarder. Maar daarvoor moeten drones veiliger en stabieler worden in turbulente omstandigheden of in steden waar windstoten van hoge gebouwen het vliegen moeilijker maken.
Nieuwe studie
Een gezamenlijke studie van RMIT University in Melbourne en de University of Bristol heeft geheimen onthuld van de opmerkelijk stabiele vlucht van torenvalken. Dit kan behulpzaam zijn bij toekomstige drone-ontwerpen en vluchtbesturingsstrategieën informeren. De studie werd uitgevoerd in de Industrial Wind Tunnel van RMIT, een van de grootste in zijn soort in Australië. Bij de studie werd nauwkeurig de stabiliteit van de kop van een Nankeen-torenvalk tijdens een zweefvlucht gemeten. Tijdens jachtgedrag werd een beweging van minder dan 5 mm gevonden.
Normaal gesproken gebruiken vliegtuigen hun flappen om tijdens de vlucht stabiliteit te bereiken. De resultaten die de onderzoekers in de loop van meerdere jaren hebben verzameld, laten zien dat roofvogels meer vertrouwen op veranderingen in het oppervlak. Dat is cruciaal omdat het een efficiëntere manier kan zijn waarmee vliegtuigen met vaste vleugels een stabiele vlucht te bereiken.
Anatomie
Torenvalken en andere roofvogels kunnen hun kop en lichaam extreem stil houden tijdens de jacht. Door dit gespecialiseerde vlieggedrag, windzweven genoemd, kunnen de vogels onder de juiste windomstandigheden op hun plek 'hangen' zonder slagen te maken. Door kleine aanpassingen te maken aan de vorm van hun vleugels en staart, kunnen ze een grote stabiliteit bereiken.
Dankzij vooruitgang in camera- en bewegingsregistratietechnologie kon het onderzoeksteam met een hoge resolutie twee getrainde Nankeen-torenvalken observeren. Ze werden voorzien van reflecterende markeringen, waardoor de precieze bewegingen en vluchtcontroletechnieken van de vogels tijdens een vlucht zonder vleugelslagen gedetailleerd konden worden gevolgd.
Bij eerdere studies vlogen vogels achteloos door turbulentie en windstoten in windtunnels. In deze studie volgden de onderzoekers een uniek zweefvlieggedrag waarbij de vogels actief stabiel bleven. Hierdoor konden ze de zuivere controlereactie zonder fladderen bestuderen. Door deze bewegingen in kaart te brengen, kregen de onderzoekers inzichten die gebruikt konden worden om een stabielere vlucht te bereiken voor vliegtuigen met vaste vleugels.
Aanpasbare vleugels
De bevindingen over de veranderingen in vleugeloppervlak kunnen worden toegepast op het ontwerp van aanpasbare vleugels (morphing wings) in drones. Dit kan hun stabiliteit verbeteren en ze veiliger maken in slecht weer. Het gebruik van huidige onbemande vliegtuigen met vaste vleugels (UAV's) wordt beperkt door hun onvermogen om te opereren in winderige omstandigheden. Dergelijke drones worden in het Verenigd Koninkrijk gebruikt om post te bezorgen op afgelegen eilanden, maar hun operationele tijd is beperkt vanwege regelmatige winderige omstandigheden.
De huidige drones met vaste vleugels moeten worden ontworpen met één vaste geometrie en geoptimaliseerd om te werken bij één vluchtconditie. Het voordeel van aanpasbare vleugels is dat ze continu geoptimaliseerd kunnen worden tijdens een vlucht voor verschillende omstandigheden. Hierdoor wordt het vliegtuig wendbaarder en efficiënter.
Het team wil zijn onderzoek voortzetten door de vogels te onderzoeken onder winderige en turbulente omstandigheden. Dit zal verdere lessen opleveren in stabiele vlucht met als doel om drones veiliger en vaker te laten opereren. Hoewel het team zich aanvankelijk richtte op kleinere toestellen, hoopt het de verzamelde data te vereenvoudigen, zodat deze kunnen worden aangepast voor grotere vliegtuigen.
De wetenschappelijke publicatie vindt u hier.
Foto: RMIT