Летающие дроны могут массово войти в нашу повседневную жизнь только в том случае, если они будут маленькими и недорогими. Помешать этому может только одно ― сильнейшая восприимчивость к порывам ветра и к турбулентности вокруг препятствий. Что с этим делать? Снова подсмотреть ответ у природы.
На этой неделе исследователи из Университета Брауна и Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL) опубликовали в журнале Science Robotics статью, в которой рассказали о разработке и испытании новой конструкции крыла. На этом крыле 100-граммовый прототип малого воздушного беспилотного аппарата может летать почти 3 часа, что в четыре раза дольше времени полёта аналогичных по массогабаритным характеристикам дронов с обычными крыльями.
Конструкция чудесного крыла подсмотрена учёными у насекомых и маленьких птиц. Эта категория летунов не может похвастаться размахом крыльев и, тем не менее, они не боятся ветра, турбулентности и летают предельно эффективно для своих размеров.
При ровном горизонтальном полёте подъёмная сила возникает на так называемом ламинарном потоке воздуха. Для этого профиль крыла должен быть обтекаемым и гладким, чтобы не возник срыв потока и турбулентность. Турбулентность над крылом ― это срыв потока, штопор и обломки на земле. Но у насекомых и маленьких птиц, как выяснилось, профиль крыльев специально создаёт турбулентность, что позволяет им спокойно переносить внешнюю турбулентность при пролёте рядом с землёй, объектами или в ветреную погоду.
Спроектированное для малых дронов крыло имеет квадратную кромку ― именно она создаёт турбулентность над первой половиной крыла. Дальше благодаря закрылкам поток воздуха выравнивается и создаёт подъёмную силу. Это не даёт аппарату сорваться. За счёт широкого крыла на нём можно разместить аккумуляторы и управляющую электронику, что делает ненужным фюзеляж. Продолжение крыла за несущим винтом (на месте бывшего фюзеляжа) создаёт дополнительные 20–30 % подъёмной силы, а это не шутка для такого аппарата.
Почему никто раньше не предложил такое крыло? Исследователи считают, что современные инструменты моделирования не могут хорошо справиться со сложной аэродинамикой крыла со срывом потока. Оптимизировать дизайн оказалось сложно даже во время испытаний в аэродинамической трубе. Тем не менее, полученный результат раскрывает потенциал для стабильного полёта небольших беспилотных аппаратов даже в условиях турбулентности с массой полезной нагрузки на широких крыльях.