Modellierung eines geraden königlichen Schmetterlingseffekts

Der Monarchfalter, Danaus plexippus, ist für sein auffälliges Aussehen und vielleicht sogar noch mehr für seine bemerkenswerte Fernwanderung bekannt. Die nordamerikanische Bevölkerung zieht jedes Jahr im Spätsommer und Frühherbst nach Süden und legt dabei Tausende von Kilometern zu ihren Überwinterungsgebieten zurück.

An der Fähigkeit dieser prächtigen Schmetterlinge als natürliche Flieger besteht kein Zweifel. Im Gegensatz zu den meisten anderen Schmetterlingsarten haben Monarchfalter keine gekoppelten Vorder- und Hinterflügel. Dies verleiht ihnen eine einzigartige Flugstabilität und Manövrierfähigkeit, die es ihnen ermöglicht, selbst bei niedrigen Geschwindigkeiten und großen Anstellwinkeln großen Auftrieb zu erzeugen und effizient zu navigieren.

Forschung veröffentlicht in Fortschritte in der numerischen Strömungsmechanik untersuchte die Aerodynamik des Monarchfalters. Diese Arbeit liefert neue Erkenntnisse über die Art selbst, verdeutlicht aber auch das Potenzial von Mikroluftfahrzeugen (MAV) ohne Starrflügel.

Fadile Yudum Comez und Dilek Funda Kurtulus von der Middle East Technical University verwendeten zusammen mit Nevsan Sengil von der Turkish Aeronautical Association University in Ankara, Türkei, ein Modell der Schmetterlingsflügel, um das Strömungsfeld um die vollständig geöffneten Vorderflügel in verschiedenen Winkeln zu untersuchen des Angriffs. Mit dieser Studie hofft das Team, die komplexen aerodynamischen Phänomene zu verstehen, die es diesen Schmetterlingen ermöglichen, so gut zu fliegen.

Die Forscher verwendeten numerische Strömungssimulationen, einschließlich instationärer Reynolds-gemittelter Navier-Stokes-Simulationen, um den Luftstrom um das starre Flügelmodell des Monarchen zu analysieren.

Die Studie zeigte signifikante Unterschiede in der aerodynamischen Leistung von Modellen mit glatter (laminarer) oder turbulenter Strömung auf, insbesondere bei großen Anstellwinkeln. Die Forscher zeigten, dass das maximale Auftriebs-Widerstands-Verhältnis bei einem Winkel von 30 Grad erreicht wurde, die Flügel jedoch bei 40 Grad „abwürgten“.

Dieses Wissen wird bei der Gestaltung und Entwicklung von Mikroluftfahrzeugen nützlich sein, die Monarchen nachahmen könnten. Solche Flugmaschinen mögen eines Tages großartig sein, aber die Designs müssen mit instabilen aerodynamischen Effekten kopierbar sein.