Ailes de bourdon


«Mesdames et messieurs, veuillez vous asseoir et boucler votre ceinture de sécurité. Nous décollons »- annonce une agréable voix d'agent de bord via l'interphone. Le moteur de l'avion commence à vibrer. Vous sentez une légère poussée et l'avion commence à monter sur la piste. Vous prenez votre place avec enthousiasme dans l'anticipation nerveuse d'un sentiment sans précédent que vous allez expérimenter. Trottant le long de la piste, l'avion gagne rapidement de la vitesse. Lorsque l'avion quitte le sol, votre estomac est lourd et vous ressentez un inconfort. La terre devient de moins en moins et vous flottez au-dessus de nuages ​​blancs.

Êtes-vous au courant de cela? Tout ce qui précède vous rappelle probablement votre premier séjour à bord, à l'exception des souvenirs assombris par votre propension au mal des transports ou votre peur «terrible» de voler. Avez-vous déjà réfléchi à la façon dont l'avion peut voler? Les physiciens et les ingénieurs le comprennent très bien. Ils ont étudié la conception complexe du profil aérodynamique et de l'aile. Bord d'attaque arrondi de l'aile et Un bord de fuite raide, entraîné par la traction d'un moteur d'une capacité de plus de 63 300 livres, assure une portance efficace à l'aéronef.

Imaginons maintenant que l’avion soit privé de tout moteur lui permettant de voler. L'avion, qui n'a pas de moteurs – ne peut pas voler. Ce qui nous amène au sujet de cet article, le ailes du bourdon. Théoriquement, comme le disent les scientifiques, le bourdon ne peut pas voler et doit rester au sol, tout comme l'avion de ligne géant sans moteur. Prise en compte du fait que l'équation de base, qui est la base de l'aérodynamique du vol, doit être la même que pour le vol insectes de même que pour les avions, il est tout simplement impossible d'expliquer comment les bourdons peuvent voler. Les ailes de bourdon créent plus de portance que les scientifiques ne le prédisent par une analyse aérodynamique conventionnelle. Rle mouvement alternatif des ailes rend l'aérodynamique du vol des insectes incroyablement instable et difficile à analyser.

Les bourdons sont des abeilles velues et bruyantes, dont la taille varie de ½ à 1 pouce. Les ailes de bourdon sont très petites par rapport au corps. L'avion, construit dans les mêmes proportions que celles du bourdon, n'aurait jamais décollé. Mais les bourdons ne sont pas comme les avions. Ce sont plutôt des hélicoptères à pales flexibles. La surface portante mobile génère plus de puissance de levage que les ailes rigides et fixes. Cependant, l'autruche, qui peut créer une surface portante en mouvement, ne décolle jamais. Les scientifiques se trouvaient donc dans une position très difficile quant à la manière dont les bourdons prennent leur envol.

Les physiciens théoriciens ont utilisé la théorie des bourdons, applicable au Boeing 747, et ont déterminé qu’ils ne devaient pas voler. Cependant, cela ne «prouve» pas que les bourdons ne peuvent pas voler, cela signifie simplement que les physiciens utilisent la mauvaise équation. Ivars Peterson a essayé de défendre les scientifiques en disant:

"Le problème n'est pas que les scientifiques se trompent, mais le fait qu'il existe une différence significative entre l'objet et le modèle mathématique de cet objet."

C’est une sorte de déclaration vague découlant des raisons impérieuses suivantes: «La définition du modèle mathématique ne peut décrire le mécanisme de la fuite d’un bourdon et ne convient pas à cette fin». La fuite du bourdon n'est en réalité pas simple.

Généralement, voler insectes pendant de nombreuses années est un mystère pour les scientifiques. L'entomologiste français Entoni Magnan a écrit dans son livre sur ce problème en 1934. Il y fait référence aux calculs de l'ingénieur André Saint-Lag. Ses conclusions reposaient sur les éléments suivants: «la force de portance maximale possible, générée par les ailes de l'aéronef de même petite taille que les ailes d'un bourdon et avec le même mouvement lent que celui d'une abeille en vol, serait beaucoup plus petite que la masse d'une abeille »(Dickinson, 2001).

À partir de 1934, les ingénieurs ont commencé à appliquer la théorie de l'aérodynamique à la conception d'aéronefs tels que le Boeing 747 et de chasseurs de reconnaissance. Ces aéronefs ont une structure assez complexe et, malgré cela, leur fonctionnement repose sur des principes fixes. Les bourdons violent ce principe car ils faire pivoter et battre des ailes à un rythme de 300 à 400 coups par seconde – presque dix fois plus que le taux de génération de signaux du système nerveux! Bumblebee atteint une telle vitesse de battement d'ailes simplement par contraction et relaxation des muscles de son abdomen. De plus, les changements de motifs, tirés dans les airs par les ailes en course, sont à l’origine de forces aérodynamiques complètement différentes qui conduisent à la confusion dans la théorie mathématique. Les ailes de bourdon ne se balancent pas comme une porte à charnière conventionnelle. Au contraire, la partie supérieure de chaque aile décrit un ovale fin à grand angle. De plus, les ailes «basculent» à chaque coup: la partie supérieure de l'aile est relevée pendant la descente et se baisse pendant la montée.

Ailes de bourdon (2)

En étudiant la mécanique des animaux, Charlie Ellington de l'Université de Cambridge en Angleterre semblait résoudre le mystère du vol des insectes. Il a trouvé que le flux de vortex, se déplaçant le long du bord avant de l'aréole, produit une force de portance supplémentaire. Les chercheurs Michael Dickinson et James Bech, de l’Université de Californie à Berkeley, ont reçu des informations contradictoires. Dans le journal scientifique La nature , ils ont partagé les résultats de leurs recherches concernant la force de portance aérodynamique supplémentaire, qui est formée par les bourdons. Ils ont construit un modèle à grande échelle de la mouche Drosophila et l'ont observé dans un réservoir rempli d'huile minérale. . À l'aide d'un minuscule modèle de drosophile, ils ont reproduit le vol dans les airs. Le professeur Dickinson a déclaré: «Sur la base de nos expériences, nous avons conclu que l'hypothèse d'Ellington ne peut pas expliquer le phénomène de fusion de vortex, qui se produit pendant le coup d'aile» (McPhee, 2001).

Néanmoins, les conclusions d'Ellington ont incité les scientifiques à rechercher l'équation «opération transitoire» qui pourrait expliquer le mécanisme des ailes évoquées précédemment. La distribution de la vitesse et de la pression à l'intérieur du liquide sont connus selon les équations de Navier-Stokes, formulées au XIXe siècle. Les données obtenues par Ellington ont montré que le vol du bourdon ne peut être expliqué uniquement par les équations de Navier-Stokes. Les mouvements des ailes de bourdon sont trop complexes pour pouvoir formuler l’équation qui décrirait avec précision l’aérodynamique du vol du bourdon.

En essayant de percer les mystères du vol des insectes, ils ont développé un modèle à plus grande échelle des ailes d'un bourdon. L’application de ces modèles a donné des résultats fructueux en associant les deux forces principales du fluide – la pression exercée par l’inertie du fluide et une force transversale provoquée par la viscosité du fluide. Le professeur Dickinson a rapporté de nouvelles données qu’il avait reçues en 2001. Ces données sont basées sur la théorie d'Ellington selon laquelle Dickinson ont tenté de réfuter. Dans l'étude, publiée dans Scientifique américain («L’explication des énigmes du vol d’insecte»), soutient Dickinson le vol d'un bourdon a trois mécanismes principaux: un décrochage lent, une capture de sillage et un mouvement circulaire en rotation.

Le décrochage est lent lorsque l’aile est à un angle trop prononcé avec l’air. Les tourbillons, formés par les avions laissent généralement derrière eux une forte turbulence dans le sillage de l'hélice de l'avion . Cependant, pour rester dans l’air, les insectes avoir besoin ces vortex. Vortex – est un écoulement de substance en rotation, semblable à l'eau drainée dans l'évier. Lorsque le mouvement de l'aile est légèrement incliné, l'air est divisé à l'avant de l'aile et se transforme doucement en deux courants qui s'étendent le long des surfaces supérieure et inférieure de l'aile. Le courant de tête se déplace plus rapidement, ce qui entraîne une pression plus faible au-dessus de la voile. C'est ce qui tire l'aile vers le haut, produisant la portance. La première phase de ralentissement augmente initialement la force de portance due au débit court, appelé vortex du bord d’attaque de l’aile. Ce type de vortex est formé directement au-dessus et derrière le bord avant de l'aile. Le flux d'air dans le vortex se déplace incroyablement rapidement, et la basse pression ainsi obtenue augmente considérablement la portance.

Les données de Dickinson semblent correspondre aux données expérimentales obtenues par la physicienne Jane Weng de l’Université Cornell. Il a écrit:

«Le vieux mythe du bourdon reflète notre manque de compréhension de la dynamique du milieu visqueux instable. Contrairement à la voilure fixe établie, à la dynamique stable, fluide presque invisible (sans viscosité), les insectes voler dans la mer de vortex. De plus, ces tourbillons sont entourés de petits tourbillons et de courants d’air créés par ses ailes »(citation de Segelken, 2000, les mots entre parenthèses sont présents dans l’article original).

En plus du décrochage retardé, Dickinson a découvert que les ailes de bourdon créent des forces temporaires puissantes qui apparaissent au début et à la fin de chaque coup et que ces forces ne peuvent être expliquées par un freinage. Ces forces atteignent un maximum pendant le coup de retour, lorsque le mouvement de l'aile est ralenti et que l'aile du bourdon commence à tourner rapidement. Cela signifie que la rotation peut jouer un rôle important dans le mécanisme de vol du bourdon. Dickinson a démontré l'idée d'un mécanisme de rotation avec une balle de tennis. Balle de tennis, qui est frappé avec le backspin tire l’air plus rapidement sur sa surface supérieure, ce qui provoque la montée de la balle, tandis que la rotation du haut tire l’air du bas plus rapidement, ce qui provoque la chute de la balle. Dickinson a conclu que les battements d'ailes d'un bourdon génèrent une portance importante avec la rotation.

Enfin, Dickinson a découvert que le sillage de capture, c’est-à-dire le choc d'aile avec le sillage vortex, laissé par le précédent coup d'aile, est également impliqué dans le vol des insectes. Chaque volet réserve de nombreux tourbillons. Quand une aile de bourdon change de direction, elle revient dans les airs avec un tourbillon agité. Tle sillage fournit l'énergie qui a été donnée à l'air par les insectes, donc prenez un sillage par les insectes – est un moyen de récupérer de l’énergie. La capture de réveil aide donc Bumblebee à recycler l’énergie.

Les scientifiques ne connaissent toujours pas tous les mystères et les complexités associés au vol du bourdon et d’autres insectes. Mais ils espèrent beaucoup pouvoir mieux connaître les ailes complexes des bourdons et appliquer ces connaissances au développement de nouveaux aéronefs. Les ingénieurs peuvent créer de gros avions en ne reproduisant que les échantillons créés par le grand architecte – Dieu, qui a tout construit (Hébreux 3: 4). Dieu a mis beaucoup de choses explicites et précises dans la conception de la petite aile de bourdon – et ce n'est qu'une petite partie de l'univers étonnant qu'il a créé.