Eficiencia y rendimiento aerodinámico de las alas de insectos con cerdas dependiendo del número de Reynolds en el vuelo aleteado
Autores: O"Callaghan, Felicity; Sarig, Amir; Ribak, Gal; Lehmann, Fritz-Olaf
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
2022
Eficiencia y rendimiento aerodinámico de las alas de insectos con cerdas dependiendo del número de Reynolds en el vuelo aleteado
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Alas de insectos
Alas con cerdas
Alas membranosas
Eficiencia aerodinámica
Coeficientes de sustentación
Números de Reynolds
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
Las alas de los insectos generalmente están construidas a partir de venas y membranas sólidas. Sin embargo, en el caso de los insectos voladores más pequeños, la membrana alar a menudo es reemplazada por cerdas similares a pelos. A diferencia de los insectos grandes, es posible que tanto alas con cerdas como membranosas estén presentes simultáneamente en especies de insectos pequeños. Por lo tanto, hay un debate continuo sobre las ventajas y desventajas de las alas con cerdas para el vuelo. En este estudio, probamos experimentalmente modelos de alas robóticas con cerdas en su capacidad para generar fuerzas verticales y evaluamos la eficiencia aerodinámica en números de Reynolds que son típicos para el vuelo en insectos en miniatura. Las alas probadas variaron desde una membrana sólida hasta unas pocas cerdas. Un patrón cinemático de alas basado en la sustentación movió las alas alrededor de su raíz. Los resultados muestran que los coeficientes de sustentación, los coeficientes de potencia y la eficiencia de Froude disminuyeron con el aumento del espaciado de las cerdas. La fricción de la piel atenúa significativamente la producción de sustentación, lo que puede incluso resultar en coeficientes negativos a un espaciado elevado de cerdas y números de Reynolds bajos. Los datos experimentales confirman hallazgos previos de simulaciones numéricas. Estas habían sugerido que para los insectos pequeños, volar con alas con cerdas en lugar de membranosas implicaba menos cambio en los costos energéticos que para los insectos grandes. En resumen, nuestros hallazgos destacan los cambios aerodinámicos asociados con los diseños de alas con cerdas y son, por lo tanto, significativos para evaluar la aptitud biológica y la dispersión de los insectos voladores.
Descripción
Las alas de los insectos generalmente están construidas a partir de venas y membranas sólidas. Sin embargo, en el caso de los insectos voladores más pequeños, la membrana alar a menudo es reemplazada por cerdas similares a pelos. A diferencia de los insectos grandes, es posible que tanto alas con cerdas como membranosas estén presentes simultáneamente en especies de insectos pequeños. Por lo tanto, hay un debate continuo sobre las ventajas y desventajas de las alas con cerdas para el vuelo. En este estudio, probamos experimentalmente modelos de alas robóticas con cerdas en su capacidad para generar fuerzas verticales y evaluamos la eficiencia aerodinámica en números de Reynolds que son típicos para el vuelo en insectos en miniatura. Las alas probadas variaron desde una membrana sólida hasta unas pocas cerdas. Un patrón cinemático de alas basado en la sustentación movió las alas alrededor de su raíz. Los resultados muestran que los coeficientes de sustentación, los coeficientes de potencia y la eficiencia de Froude disminuyeron con el aumento del espaciado de las cerdas. La fricción de la piel atenúa significativamente la producción de sustentación, lo que puede incluso resultar en coeficientes negativos a un espaciado elevado de cerdas y números de Reynolds bajos. Los datos experimentales confirman hallazgos previos de simulaciones numéricas. Estas habían sugerido que para los insectos pequeños, volar con alas con cerdas en lugar de membranosas implicaba menos cambio en los costos energéticos que para los insectos grandes. En resumen, nuestros hallazgos destacan los cambios aerodinámicos asociados con los diseños de alas con cerdas y son, por lo tanto, significativos para evaluar la aptitud biológica y la dispersión de los insectos voladores.