נפנוף כנפי המזל"ט – מחקר ישראלי מנסה לרתום את עקרונות התעופה של ציפורי שיר לפיתוח מטוסים

נפנוף הכנפיים הוא ההבדל העיקרי בין שיטת התעופה של עופות וחרקים לבין המטוסים המוכרים לנו

יונק הדבש - Hummingbird - הוא ציפור שיר קטנה, הידועה בין השאר בזכות כישורי התעופה שלה. היא מסוגלת לטוס ישר במהירות גבוהה, לתמרן בזריזות רבה וכן לרחף במקום, בעודה מוצצת צוף מתוך פרחים. היכולות המרשימות האלה לא נעלמו גם מעיניהם של מהנדסי תעופה, המבקשים לרתום את הידע שנרכש במיליוני שנות אבולוציה, לטובת פיתוח כלי טיס יעילים יותר. "אנחנו מנסים ללמוד עד כמה שונים מנפנפים מהטבע לעומת כלי טיס שאנו מכירים ומתכננים כל יום", אומר ד"ר יוסי אלימלך, חוקר הנדסת אווירונאוטיקה מהטכניון. "הרצון הוא לתכנן כלי טיס זעירים מתקדמים של הדור הבא, שיהיו זעירים הרבה יותר מהמזל"טים (מטוסים זעירים ללא טייס) הקיימים כיום, ומהטבע אנו רואים שציפורים עושות את זה תוך נפנוף הכנפיים שלהן".

תרגול רטוב

נפנוף הכנפיים הוא ההבדל העיקרי בין שיטת התעופה של עופות וחרקים לבין המטוסים המוכרים לנו. אלימלך בנה דגמים של כנפי הציפורים, ומתקן מיוחד לבחינתם: זרוע רובטית המניעה את הכנף בתוך מכל מים. השיטה מאפשרת לעקוב אחר הזרמים שיוצרת תנועת הכנף, ולסות להבין את הכוחות המופעלים עליה בכל נקודה ונקודה. השימוש בסביבה מימית, במקום באוויר, מאפשר לעקוב אחרי תנועה איטית יחסית של הכנף, ולבחון את הזרמים שהיא מייצרת בתווך שסביבה. החוקרים משתמשים בכנף המשחררת סילוני דיו אל המים, או במים ההמכילים חלקיקי צבע זעירים. צילום וידאו משוכלל מאפשר לבחון את הזרמים ולנתח אותם מתמטית. "המחקר התחיל לפני כשלוש שנים בחקר בסיסי של שדה הזרימה סביב כנף קבועה של יונק דבש", מספר אלימלך. "לאחר מכן חקרנו מה קורה סביב כנף סובבת, לבחון עד כמה זה דומה למדחף של מסוק. הדבר המסובך ביותר הוא אנליזה של שדה הזרימה סביב כנף מנפנפת - האצה, האטה, סיבוב של הכנף בסוף המהלך ושוב האצה מחדש. זה נעשה מתוך רצון להבין כיצד מתקבלים כוח העילוי הגבוה והיעילות הגבוהה בתעופה של יונקי הדבש".

עניין בטחוני

החוקרים מקווים כי הידע שייאסף על הפיסיקה של תנועות הכנפיים אצל יונקי הדבש, יאפשר לתכנן מטוס זעיר, שיוכל ליישם את העקרונות האלה ליעילות טיסה גבוהה. עם זה, המטוס חייב להיות בגודל דומה לזה של הציפור - כמה סנטימטרים - כדי שיוכל לתפקד ביעילות דומה. מטוס גדול יותר יחוש בצמיגות גבוהה בהרבה של האוויר, ולכן צריכת האנרגיה שלו תהיה גדולה מדי. אלימלך עצמו לא יעסוק כנראה בפיתוח מטוסים, לפחות בשנים הקרובות, והוא מעדיף להתמקד לעת עתה בידע הטהור. בשלב הבא של המחקר הוא צפוי לבחון את התנועה של כנף העטלף, בעלת מאפיינים יחודיים. "עטלפים אינם מנפנפים בכנף כמו יונק הדבש, אבל הם ניחנים בכושר תמרון חזק מאוד", הוא מסביר. "אנו רוצים לדעת עד כמה העובדה שהכנף שלהם היא ממברנית - כלומר בנויה בעיקר מקרום דק - תורמת לביצועי התעופה המשודרגים שלהם לעומת כנפיים שאנו מכירים מן היום-יום. אנחנו רוצים לדמות כלי טיס שהם דמויי עטלף".

העבודה של אלימלך ועמיתיו על כנפיים קבועות - שאינן מנפנפות - כבר הניבה כמה תובנות חשובות בדבר זרימת האוויר סביב הכנף והיווצרות מערבולות אוויר, תובנות שיש להן קשר ישיר לצריכת הדלק והאנרגיה של מטוסים. אם מחקריו יובילו גם לבניית מטוס זעיר שיוכל לנופף בכנפיו כמו ציפור, הדבר ישדרג את תחום המטוסים הזעירים. מטוסונים כאלה יוכלו לשמש כלי חשוב בסריקת אזורים מסוכנים, בצילום ובאיסוף מידע. אין פלא שהמחקר מושך גם את תשומת לבה של מערכת הביטחון, שאף משתתפת במימונו.