Ugglornas vingar visar vägen till tysta vindkraftverk

Fälttest av den senaste prototypen av nästan ljudlösa 500W DC vindkraftverk Silent Wind Turbine pågår här i båthamnen Chatham Ma
Dessa tre unika vingegenskaper bidrar till ugglans ljudlösa flyg . Bild: JW Jaworski, I. Clark)

Många ugglearter har utvecklat en säregen fjäderdräkt för att effektivt kunna eliminera det aerodynamiska bullret som deras vingar förorsakar. Därför kan de jaga och fånga sina byten i nästintill ljudlöst. En grupp amerikanska forskare tror sig kunna tillämpa nya rön om ugglans ljudlösa flygförmåga bland annat för utveckling av tystare rotorblad för vindkraftverk.

För ugglan är det livsviktigt att kunna flyga ljudlöst genom nattens mörker för att vara i stånd att överaska smågnagare som är dess huvudföda. Tornugglan har en egen "ljuddämpare", en "sågad" framkant på första vingfjädern. Denna ytterdel leder luftströmmarna tyst över och under vingarna när ugglan flyger, vilket gör den svårupptäckt för de byten den jagar.

En amerikansk forskningsgrupp som arbetar för att lösa ugglornas akustiska mysterium presenterade sina aktuellaste rön vid en konferens som organiserades av American Physical Society och dess sektion för strömningslära.  Syftet med deras forskning, säger vetenskapsmännen är att en dag göra det möjligt att applicera "uggletyst teknik" även i vindkraftverk, flygplan och ubåtar.

Ugglor skiljer sig en del från andra fåglar när det handlar om deras fjädrar. Den största skillnaden består av ugglornas speciella primärfjädrar i deras vingar. Dessa har en kamliknande struktur med ”tänder”, vilket bidrar till att avsevärt minska luftturbulensen när ugglan flyger.  Följaktligen talar forskarna om att ugglans kamliknande fjädrar bryter ner luftrörelser i mindre delar som i sin tur kallas för mikroturbulens.  Därmed minimeras även ljudet.

– Ugglor har inte mindre än tre olika fysiska attribut som anses bidra till deras tysta flygkapacitet: en kam av styva fjädrar längs framkanten av vingen, en flexibel fjäder längs vingens bakre kant, och en mjuk, dunig stoff på den övre delen av vingen, förklarade Justin Jaworski, biträdande professor från Leigh Universitetets Institution för maskinteknik och mekanik.

Hans grupp undersöker huruvida ugglans aerodynamiska attribut baserar sig på en enda utmärkande egenskap eller om det rör sig om en kombination av flera medverkande faktorer.

Hos konventionella vingar härrör sig ljudet normalt från en hård bakkant, som därmed lämnar en akustisk signatur. Tidigare teoretiska undersökningar som genomfördes av Jaworski och Nigel Peake vid universitetet i Cambridge visar dock att ugglans porösa vinge, och dess kompatibla profil i form av en flexibel kant bidrar till väsentlig minskning av buller och brus.

En fotografisk studie av äkta ugglefjädrar, utfört av Ian Clark på Virginia Tech, har åskådliggjort häpnadsväckande "skogsliknande" och geometriskt exakta mönster.  Preliminära experiment som utfördes av institutet visar också att det översta lagret av "skogsstrukturer" eliminerar effektivt en mängd ljud som orsakas av grövre ytor.

– Om vi förmår att undersöka orsakerna till ugglans brusreducerande teknik kan detta ha långtgående konsekvenser för utformningen av helt nya ljudabsorberande skikt, som kan minska buller och vibrationer i flygplan, vindkraftverk och reducera undervattensbuller från örlogsfartyg, sade Jaworski.