ساختار بال پرنده (بالزن ۲)

ساختار بال پرندگان

پرندگان هنگام بالا و پایین بردن بالهای خود، توانایی پیچش در بالهای خود را دارند. این پیچش همانند مکانیزم ایلرون در بالهای ثابت هواپیماهای معمولی است. به طور معمول وقتی بال به سمت پایین پیچش پیدا کند زاویه حمله آن کاهش پیدا می کند و در نتیجه لیفت آن کم می گردد. تفاوت پیچش بین بالها، پرنده را قادر می سازد که حرکت roll را انجام دهد.

شماتیک بال پرنده، خفاش و دست انسان

در اینجا قبل از ادامه بحث، دعوت می کنیم که شکوه پرواز پرندگان را ببینید، با دقت به پرواز، بالها و هندسه آنها دقت کنید و شگفتی ها را ببینید:

دریافت فیلم

ساختار پیچش بال، به دلیل مکانیزم خاصی است که در اسکلت آن قرار گرفته است. این قابلیت همانند ساختار اسکلتی و ماهیچه ای دست انسان یا بال خفاش است که می تواند در طول بال زاویه پیچش را تغییر دهد ودر نتیجه تولید نیروی پیشران کند.  فرایند بالزدن پرنده دارای دو مرحله اصلی است. مرحله اول upstroke است که بالها به سمت پایین حرکت کرده و قسمت درونی بال تولید لیفت و قسمت بیرونی بال تولید نیروی تراست می کند. در واقع بال پرندگان دارای هردو پیچش هندسی و آیرودینامیکی هست و عمده نیروی تراست نیز از این پیچش حاصل می شود. مرحله دوم بالزدن، downstroke می باشد که در آن بالها به بالا حرکت می کند. با توجه به حرکت رو به جلوی پرنده، اگرچه بالا آمدن بالها لیفت منفی تولید می کند اما برایند آن با جریان رو بجلو، باعث می شود که جهت جریان رو به جلوی بال در مرحله دوم به صورتی باشد که تحت زاویه حمله منفی کوچک با بال برخورد کرده و نیروی کمی تولید کند.

پیچش بال پرنده

بال پرندگان علاوه بر پیچش و حرکت flapping توانایی خم شدن (folding) را دارا می باشد. این حرکت در حالت upstroke اتفاق می افتد و باعث کاهش دهانه بال، درگ کمتر و همچنین نرخ کاهش نیروی لیفت بسیار کمتر خواهد شد. بال پرندگان از لحاظ پوشش آیرودینامیکی  و پرهایی که دارند به صورت زیر تقسیم بندی می شود:

ناحیه های مختلف بال پرنده

1. Primary remiges
2. Greater primary coverts
3. Alula
4. Secondary remiges
5. Greater secondary coverts
6. Median secondary coverts
7. Lesser secondary coverts
8. Tertiary remiges
9. Scapulare

قسمت های فوق چهار دسته اصلی هستند، قسمت بیرونی بال که ناحیه اولیه است (بخش 1 و 2)، ناحیه ثانویه که ناحیه میانی بال را تشکیل می دهد (بخش های 4 و 5 و 6 و 7) و ناحیه ریشه بال (بخش 9). این نواحی هر کدام وظیفه ای بر عهده دارند. همانطور که قبلتر هم اشاره شد، ناحیه بیرونی بال توسط پیچشی که توسط پرنده داده می شود، ایجاد تراست خواهد کرد. ناحیه درونی و ریشه بال وظیفه ایجاد لیفت را دارند.  اما نکته جالب توجه  در اینجا ساختار لایه ای و روی هم بودن پرها است. این موضوع خود دلیل آیرودینامیکی  دارد. پرهای جلوی لبه حمله با ساختار ریزی که  دارند از جدایش جریان جلوگیری خواهند کرد. هم چنین ساختار پله ای پرها که به ترتیب در بخشهای4 تا 7  قرار گرفته اند به جریان هوا انرژی داده و بازهم از جدایش لایه مرزی جلوگیری می کنند.

پوشش های آیرودینامیک بال

عضو شماره 3 نیز که Alula نام دارد ویژگی منحصر به فردی به بال بخشیده است. این عضو همانند slat در بال هواپیماهای بال ثابت عمل می کند. Slat در واقع یک عضو برآ افزاست که در جلوی لبه حمله بال قرار دارد و با حرکت کردن و تغییر وتر بال علاوه بر افزای نیروی برا، از جدایش لایه مرزی در سطح بال جلوگیری خواهد کرد. Alula نیز در واقع همین وظیفه را بر عهده دارد و در هنگام فرود پرنده برای جلوگیری از جدایش جریان روی بال پرنده، این عضو بالا آمده و کاملا نمایان می شود. این موضوع در شکل زیر مشخص است.

عضو Alula که همانند slot در هواپیما کاربرد دارد