如果您曾经坐在靠窗的飞机座位上，俯瞰机翼，那么您可能会注意到机翼边缘有多个襟翼，它们在起飞和降落过程中会进行调整。与鸟类羽毛非常相似，这些组件对于在飞行中控制飞机的旋转、升力和阻力是必需的。然而，与它们的鸟类同类不同，这些机制通常沿着机翼布置成单排，并且在飞行过程中需要电子元件来控制。
与此同时，鸟类已经飞向天空数百万年，拥有指数级更多的“襟翼”，其形式为 隐蔽羽毛分组，可以被动地适应气流。通过从它们那里获取灵感，一些工程师认为飞机可以被建造得更安全、更节能。他们的研究结果于 10 月 28 日发表在 美国国家科学院院刊 上，似乎支持这些羽毛状的飞机升级。
普林斯顿大学的研究人员最近升级了一架小型遥控模型飞机，在其上增加了模仿隐蔽羽毛的襟翼排——隐蔽羽毛是鸟类在复杂机动（如应对阵风和着陆）期间被动调整的羽毛分组。通过这样做，该团队认为类似的仿生设计有一天可以帮助 飞机提高整体性能 并避免潜在危险的失速紧急情况。
尽管之前的“研究表明[隐蔽羽毛]可以在着陆或飞越阵风等机动中增强飞行能力”，但该团队写道，“其内在物理学或拥有多排的影响尚无现有共识。”为了解决这个问题，他们首先在 3D 打印的比例模型飞机机翼上安装了二到五排隐蔽式襟翼，然后将他们的原型置于一个 30 英尺高的装置的风洞测试中。在风洞内，传感器与激光和高速摄像机相结合，在各种条件模拟中精确测量了机翼周围的气流。他们还使用了一个用标准单排襟翼建造的机翼模型作为对照。
“风洞实验为我们提供了空气与机翼和襟翼相互作用的精确测量数据，并且我们可以看到物理学方面实际发生的情况，”博士后研究员兼研究首席作者 Girguis Sedkey 在周一发布的 大学简介 中说道。在分析数据后，Sedkey 及其团队查明了襟翼控制机翼周围气流的具体方式。其中一种，“剪切层相互作用”，是航空测试中前所未有的。
“这种新机制的发现揭示了为什么鸟类在机翼前部有这些羽毛的秘密，以及我们如何利用这些襟翼用于飞机，”机械与航空航天工程副教授兼研究首席研究员 Aimy Wissa 补充道。Wissa 补充说，在所有模型中，五排设计表现最佳，升力提高了 45%，阻力降低了 30%。
“在机翼前部增加的襟翼越多，性能提升就越高，”她解释道。
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在这些初步实验之后，Wissa 的团队随后将注意力转向了室外飞行测试，使用了一架从普林斯顿萨默塞特 RC 模型飞机俱乐部借来的鸟类大小的遥控无人机。工程师们首先安装了隐蔽襟翼排，然后编程了一个车载飞行计算机来自动失速。从那里，研究人员发射了他们的模型，观察它如何应对空中挑战。每次计算机启动失速时，飞机的隐蔽襟翼排都会被动部署以减轻失速的强度。
“这就是仿生设计的力量，”Wissa 说。“能够将生物学中的东西转移到工程学中来改进我们的机械系统，同时也能利用我们的工程工具来解答关于生物学的问题。”
Wissa 和她的同事们认为，鸟类隐蔽羽毛的应用不仅仅限于飞机。考虑到空气动力学，他们指出有可能探索类似的适应性来提高汽车、潜水器甚至风力涡轮机的效率和安全性。
