Почему не используются птичьи аэродинамические поверхности?

Ранние бипланы действительно использовали аналогичные аэродинамические поверхности. Не такой экстремальный, как у Eppler 376, но все же очень тонкий и с большим изгибом.

Когда Отто Лилиенталь начинал свои эксперименты с планерами, он пытался копировать аистов. Он экспериментировал с аэродинамическими профилями различной формы, используя сменные нервюры на планерах и тестируя модели крыльев на испытательном стенде вращения (Rundlaufapparat). Там он обнаружил, что толстые аэродинамические поверхности с тупым носом на самом деле лучше, чем тонкие птичьи аэродинамические поверхности, которые он использовал до сих пор. Но он не поверил своим собственным результатам и продолжил с птичьими аэродинамическими профилями.

Биплан Фарман-Вуазен, 1907 г. ( источник фото ).

То же самое происходило со всеми другими конструкторами самолетов до 1915 года, когда научная работа начала влиять на конструкции самолетов. Аэродинамический профиль с большим изгибом работает очень хорошо в очень небольшом диапазоне углов атаки, когда локальное направление потока параллельно локальному контуру его носовой части. Но если птицы могут регулировать развал и площадь своих крыльев, то самолеты тех времен не могли. Чтобы совместить быстрый полет с большой подъемной силой для взлета и посадки , лучше использовать толстый аэродинамический профиль.

В то время как птицы достаточно малы, чтобы конструктивно обходиться тонкими крыльями, гораздо более крупные самолеты с людьми нуждаются в более толстых крыльях, чтобы выдерживать их изгибающие нагрузки без распорок. Законы масштабирования показывают, что грузы растут быстрее с размером, чем размеры, и только более толстые крылья делают возможными свободные консольные конструкции, необходимые для эффективной транспортировки .

Цапля в полете ( источник фото ). На этой картинке хорошо видно, что 90% площади составляют перья, поэтому толстое крыло становится невозможным для птиц.

Птицы не могут быть полыми внутри, за исключением полых костей. Так что у них нет выбора использовать толстые крылья - им приходится работать с тонкими крыльями и подгонять развал и площадь крыла к условиям полета. Будучи намного больше, самолеты нуждаются в толстых крыльях для аэродинамической и конструктивной эффективности.

Это скорее дополнение, чем ответ, относительно «птичьих» профилей.

Игнорируя тот факт, что птицы могут при необходимости изменять геометрию, хорду и изгиб своего крыла, то, что в лучшем случае может характеризовать аэродинамический профиль крыла птицы, в дополнение к изгибу, - это расположение максимальной толщины, очень близко к передней кромке, и постоянная минимальная толщина. примерно между серединой хорды и задней кромкой. (Изображение цапли в принятом ответе показывает это довольно хорошо)

Вот еще одна иллюстрация, разрез крыла птицы на уровне нижней части руки.

( источник )

Близкое соответствие этой конфигурации аэродинамического профиля действительно существует в искусственных аэродинамических профилях и используется в легких аэродинамических моделях (RC или свободный полет). Некоторыми примерами являются аэродинамические поверхности Эриха Джедельски и Жоржа Бенедека.

На рисунке ниже: EJ-75 и B-6407-E.

( источник )