Muchas especies de búhos pueden cazar sin ser escuchadas por sus presas al suprimir el ruido de sus alas en frecuencias de sonido superiores a 1,6 kilohercios (kHz), incluido el rango en el que la audición humana es más sensible.

La porosidad del ala de búho (la cualidad que permite que el aire pase resistivamente a través de las alas) ayuda a suprimir el ruido. Numerosos estudios aeroacústicos han examinado el efecto de la porosidad del ala, inspirado en las características del plumaje tranquilo de los búhos. Sin embargo, se sabe mucho menos sobre cómo la porosidad del ala afecta la aerodinámica de estas alas, que probablemente compita con los beneficios acústicos de la porosidad.

Ahora, investigadores de la Universidad de Lehigh han formulado y resuelto exactamente las cargas aerodinámicas en un perfil aerodinámico, o estructura en forma de ala en 2-D. Su fórmula matemática utiliza distribuciones de porosidad realistas arbitrarias, que puede utilizarse junto con una teoría aeroacústica, para determinar la compensación aerodinámica / aeroacústica de los diseños de alas porosas. El trabajo ha sido descrito en un artículo que se publicará en Actas de la Royal Society A:Matemáticas, Ciencias físicas y de la ingeniería llamado "La aerodinámica constante de las alas con gradientes de porosidad".

En última instancia, el trabajo podría utilizarse para mejorar el diseño aerodinámico artificial de turbinas eólicas y aviones especializados o drones autónomos.

"El trabajo experimental exploratorio de otros investigadores ha medido el ruido y la aerodinámica de superficies aerodinámicas construidas con varios materiales porosos en un rango de velocidades de flujo, "dijo Justin W. Jaworski, profesor asistente de ingeniería mecánica y mecánica y coautor del artículo. "Nuestro trabajo generaliza la teoría existente para producir resultados para distribuciones de porosidad arbitrarias a lo largo del perfil aerodinámico y produce un parámetro de porosidad que colapsa todos los datos experimentales en una sola curva".

Agrega:"Nuestro resultado general:un solo, expresión explícita que resuelve el problema matemático central sin aproximación:tiene el potencial de integrarse en el diseño aerodinámico / aeroacústico de las alas y palas de los vehículos aéreos pequeños, turbinas de viento, o drones que buscan minimizar su huella de ruido a través de medios pasivos ".

Según Jaworski, El análisis matemático del equipo se basó en la teoría aerodinámica clásica. Curiosamente, la información clave para obtener un resultado exacto con distribuciones de porosidad generales provino de un antiguo texto ruso.

“Quizás lo más sorprendente fue el descubrimiento de que el problema matemático podía formularse de manera muy general y resolverse en forma cerrada sin recurrir a aproximaciones innecesarias, "dijo Rozhin Hajian, coautor del artículo y estudiante de doctorado en ingeniería mecánica en Lehigh.

Usando su fórmula, Los resultados de la distribución de presión en un ala a partir de cualquier descripción dada de la porosidad y curvatura de una sección de ala se pueden determinar explícitamente a partir de una sola ecuación, una herramienta que podría ser de gran interés para los diseñadores que buscan minimizar el ruido y maximizar las propiedades aerodinámicas.

"El hecho de que nuestro resultado sea explícito y en forma cerrada para distribuciones de porosidad arbitrarias hace que sea fácil de implementar en análisis de aerodinámica frente a aeroacústica para anticipar si un diseño de porosidad particular será efectivo o no para una aplicación determinada, "dijo Jaworski.