猫头鹰飞行时产生的噪音可以忽略不计。虽然许多研究将猫头鹰翅膀上的微条纹与它们的无声飞行联系起来，但确切的机制尚不清楚。现在，一组研究人员通过计算流体动力学模拟揭示了这些微条纹对猫头鹰翅膀的声音和空气动力学性能的影响。他们的发现可以启发低噪音流体机械的仿生设计。
猫头鹰是一种迷人的生物，它们可以在最安静的地方安静地飞行。它们的翅膀在飞行时不会发出声音，这使它们能够在不被发现的情况下，利用它们非凡的听觉准确地定位猎物。这种独特的能力取决于许多因素，长期以来一直是研究的热点。
研究发现，猫头鹰翅膀上的微纹与安静飞行的能力有关。这些后缘(TE)条纹在抑制由机翼襟翼引起的空气运动产生的噪声中起着至关重要的作用。
研究这些条纹有助于开发有前途的方法来降低流体机械引起的噪声。虽然许多研究已经使用平板和翼型来评估这些条纹，但它们的确切机制和对真实猫头鹰翅膀中羽毛和不同翅膀特征相互作用的影响仍然未知。
为了揭开沉默猫头鹰翅膀的秘密，刘浩教授和他的同事们，包括来自日本千叶大学工程研究生院的荣佳欣博士、来自日本千叶大学科学研究生院的蒋雅君博士和村上正志博士，研究了TE条纹如何影响猫头鹰翅膀的声音和空气动力学性能。
当被问及他们研究背后的动机时，刘教授说:“尽管许多研究人员做出了许多努力，但猫头鹰究竟是如何实现无声飞行的，仍然是一个悬而未决的问题。了解TE条纹在静音飞行中的确切作用，将使我们能够将它们应用于开发实用的低噪声流体机械。”他们的研究结果发表在2023年11月17日的《生物灵感与仿生学》杂志上。
为了了解猫头鹰翅膀是如何工作的，研究小组构建了两个真实猫头鹰翅膀的三维模型——一个有TE条纹，另一个没有TE条纹——具有其所有的几何特征。他们使用这些模型进行流体流动模拟，结合了大涡流模拟和ffowcs - williams - hawkins类比的方法。模拟是在真实猫头鹰滑翔飞行接近的速度下进行的。
模拟表明，TE条纹降低了猫头鹰翅膀的噪音水平，特别是在大攻角时，并保持了与没有条纹的猫头鹰翅膀相当的空气动力学性能。研究小组确定了TE条纹影响气流的两种互补机制。首先，条纹通过破坏尾缘涡减少气流的波动。其次，它们减少了翼尖处羽毛之间的流动相互作用，从而抑制了翼尖涡的脱落。协同作用下，这些机制增强了TE条纹的效果，改善了空气动力产生和降噪。
强调这些结果的重要性，刘教授说:“我们的研究结果证明了TE条纹与各种机翼特征之间复杂相互作用的影响，强调了在无人机、风力涡轮机、螺旋桨甚至飞行汽车等实际应用中使用这些条纹降低噪音的有效性。”
总的来说，这项研究加深了我们对TE条纹在猫头鹰无声飞行中的作用的理解，并可以启发仿生设计，从而导致低噪音流体机械的发展。