Scoprire i segreti dietro il volo silenzioso dei gufi

I gufi sono creature affascinanti che possono volare silenziosamente attraverso alcuni dei luoghi più tranquilli. Le loro ali non fanno rumore durante il volo, consentendo loro di localizzare con precisione la preda utilizzando la loro eccezionale capacità uditiva pur rimanendo inosservati. Questa capacità unica dipende da molti fattori ed è stata a lungo oggetto di ricerca.

Gli studi hanno trovato associazioni tra la capacità di volare silenziosamente e la presenza di microfrange nelle ali dei gufi. Queste frange del bordo d’uscita (TE) svolgono un ruolo cruciale nella soppressione del rumore prodotto dal movimento dell’aria indotto dai flap alare.

Lo studio di queste frange può portare allo sviluppo di metodi promettenti per ridurre il rumore causato dai macchinari a fluido. Sebbene molti studi abbiano valutato queste frange utilizzando piastre piatte e profili alari, i loro esatti meccanismi e gli effetti sulle interazioni delle piume e sulle diverse caratteristiche delle ali delle vere ali di gufo sono rimasti sconosciuti.

Per svelare i segreti delle ali silenziose del gufo, il professor Hao Liu con i suoi colleghi, tra cui il dottor Jaixin Rong della Graduate School of Engineering e il dottor Yajun Jiang e il dottor Masashi Murakami della Graduate School of Science dell’Università di Chiba in Giappone, hanno studiato come le frange TE influenzano sia il suono che le prestazioni aerodinamiche delle ali del gufo.

Alla domanda sulla motivazione dietro il loro studio, il Prof. Liu dice: “Nonostante gli sforzi di molti ricercatori, esattamente come i gufi raggiungono il volo silenzioso è ancora una questione aperta. Comprendere il ruolo preciso delle frange TE nel loro volo silenzioso ci consentirà di applicare nello sviluppo di pratici macchinari fluidi a bassa rumorosità.” I loro risultati sono stati pubblicati sulla rivista Bioispirazione e biomimetica il 17 novembre 2023.

Per capire come funzionano le ali di gufo, il team ha costruito due modelli tridimensionali di una vera ala di gufo, uno con e l’altro senza frange TE, con tutte le sue caratteristiche geometriche. Hanno utilizzato questi modelli per condurre simulazioni del flusso di fluidi che combinavano i metodi delle simulazioni di grandi vortici e l’analogia di Ffowcs-Williams-Hawkings. Le simulazioni sono state condotte alla velocità del volo planato di avvicinamento di un vero gufo.

Le simulazioni hanno rivelato che le frange TE riducevano i livelli di rumore delle ali del gufo, in particolare ad angoli di attacco elevati, e mantenevano prestazioni aerodinamiche paragonabili alle ali del gufo senza frange. Il team ha identificato due meccanismi complementari attraverso i quali le frange TE influenzano il flusso d’aria. Innanzitutto, le frange riducono le fluttuazioni del flusso d’aria rompendo i vortici del bordo d’uscita. In secondo luogo, riducono le interazioni di flusso tra le piume sulle estremità alari, sopprimendo così la perdita dei vortici delle estremità alari. Sinergicamente, questi meccanismi potenziano gli effetti delle frange TE, migliorando sia la produzione di forza aerodinamica che la riduzione del rumore.

Sottolineando l’importanza di questi risultati, il Prof. Liu afferma: “I nostri risultati dimostrano l’effetto di complesse interazioni tra le frange TE e le varie caratteristiche delle ali, evidenziando la validità dell’utilizzo di queste frange per ridurre il rumore in applicazioni pratiche come droni, turbine eoliche , eliche e persino macchine volanti.”

Nel complesso, questo studio approfondisce la nostra comprensione del ruolo delle frange TE nel volo silenzioso dei gufi e può ispirare progetti biomimetici che potrebbero portare allo sviluppo di macchinari fluidi a basso rumore.