El secreto de los buhos: así pueden volar en silencio

Los investigadores estudian los mecanismos que permiten a los búhos volar en silencio mediante simulaciones por ordenador

Los búhos son criaturas fascinantes que pueden volar silenciosamente por los lugares más silenciosos. Sus alas no hacen ruido mientras vuelan, lo que les permite localizar con precisión a sus presas gracias a su excepcional capacidad auditiva sin ser detectadas. Esta capacidad única depende de muchos factores y ha sido durante mucho tiempo un tema candente de investigación.

Los estudios han encontrado asociaciones entre la capacidad de volar silenciosamente y la presencia de microflecos en las alas de los búhos. Estos flecos de borde de fuga (trailing edge, o TE) desempeñan un papel crucial en la supresión del ruido producido por el movimiento del aire inducido por el batir de las alas.

El estudio de estos flecos puede conducir al desarrollo de métodos prometedores para reducir el ruido causado por la maquinaria de fluidos, como los rotores de los aerogeneradores eléctricos o los motores de avión. Aunque muchos estudios han evaluado estas franjas utilizando placas planas y perfiles aerodinámicos, sus mecanismos y efectos exactos sobre las interacciones de las plumas y las diferentes características del ala en alas reales de búho siguen siendo desconocidos.

Para desentrañar los secretos de las silenciosas alas de búho, el profesor Hao Liu y sus colegas, entre ellos el Dr. Jaixin Rong, de la Escuela Superior de Ingeniería, y el Dr. Yajun Jiang y el Dr. Masashi Murakami, de la Escuela Superior de Ciencias de la Universidad de Chiba (Japón), investigaron cómo influyen los flecos TE tanto en el sonido como en el rendimiento aerodinámico de las alas de búho.

Cuando se le pregunta por la motivación de su estudio, el profesor Liu dice: «A pesar de los esfuerzos de muchos investigadores, la forma exacta en que los búhos consiguen un vuelo silencioso sigue siendo una cuestión abierta. Comprender el papel preciso de los flecos TE en su vuelo silencioso nos permitirá aplicarlas en el desarrollo de maquinaria práctica de fluidos de bajo ruido». Sus hallazgos se publicaron en la revista Bioinspiration & Biomimetics el 17 de noviembre de 2023.

Para entender cómo funcionan las alas de los búhos, el equipo construyó dos modelos tridimensionales de un ala de búho real -uno con y otro sin flecos TE- con todas sus características geométricas. Utilizaron estos modelos para realizar simulaciones del flujo de fluidos que combinaban los métodos de simulación de grandes remolinos y la analogía Ffowcs-Williams-Hawkings. Las simulaciones se realizaron a la velocidad del vuelo de aproximación de un búho real.

Las simulaciones revelaron que los flecos TE reducían los niveles de ruido de las alas de búho, sobre todo a altos ángulos de ataque, y mantenían un rendimiento aerodinámico comparable al de las alas de búho sin flecos. El equipo identificó dos mecanismos complementarios a través de los cuales los flecos TE influyen en el flujo de aire. En primer lugar, los flecos reducen las fluctuaciones del flujo de aire al romper los vórtices del borde de fuga. En segundo lugar, reducen las interacciones de flujo entre las plumas en las puntas de las alas, suprimiendo así el desprendimiento de vórtices en las puntas de las alas. Sinérgicamente, estos mecanismos potencian los efectos de los flecos TE, mejorando tanto la producción de fuerza aerodinámica como la reducción del ruido.

Haciendo hincapié en la importancia de estos resultados, el profesor Liu afirma: «Nuestros hallazgos demuestran el efecto de las complejas interacciones entre los flecos TE y las diversas características del ala, destacando la validez de utilizar estas franjas para reducir el ruido en aplicaciones prácticas como drones, turbinas eólicas, hélices e incluso coches voladores.»

En general, este estudio profundiza nuestra comprensión del papel de los flecos TE en el vuelo silencioso de los búhos y puede inspirar diseños biomiméticos que podrían conducir al desarrollo de maquinaria fluida de bajo ruido.

REFERENCIA

Trailing-edge fringes enable robust aerodynamic force production and noise suppression in an owl wing model