Många ugglor kan jaga utan att bli hörda av sitt byte genom att undertrycka vingarnas brus vid ljudfrekvenser över 1,6 kilohertz (kHz) - inklusive det intervall där mänsklig hörsel är mest känslig.

Ugglavingens porositet (den kvalitet som gör att luft kan passera resistivt genom vingarna) hjälper till att dämpa buller. Många aeroakustiska studier har undersökt effekten av vingporositet, inspirerad av ugglornas tysta fjäderdräkt. Dock, mycket mindre är känt om hur vingens porositet påverkar aerodynamiken hos dessa vingar, vilket sannolikt konkurrerar med de akustiska fördelarna med porositet.

Nu, forskare vid Lehigh University har formulerat och löst exakt de aerodynamiska belastningarna på en flygplan, eller 2-D vingliknande struktur. Deras matematiska formel använder godtyckliga realistiska porositetsfördelningar, som kan användas tillsammans med en aeroakustisk teori, för att bestämma den aerodynamiska/aeroakustiska avvägningen av porösa vingdesigner. Arbetet har beskrivits i en artikel som ska publiceras i Proceedings of the Royal Society A:Mathematical, Fysikaliska och tekniska vetenskaper kallad "Den stadiga aerodynamiken hos aerofoils med porositetsgradienter."

Arbetet kan i slutändan användas för att förbättra konstgjord aerodynamisk design av vindkraftverk och specialiserade flygplan eller autonoma drönare.

"Undersökande experimentellt arbete av andra forskare har mätt buller och aerodynamik av flygplan konstruerade av olika porösa material över en rad flödeshastigheter, "sa Justin W. Jaworski, biträdande professor i maskinteknik och mekanik och medförfattare till tidningen. "Vårt arbete generaliserar den befintliga teorin för att ge resultat för godtyckliga porositetsfördelningar längs flygplanet och producerar en porositetsparameter som kollapsar alla experimentella data till en enda kurva."

Han tillägger:"Vårt allmänna resultat - en enda, uttryckligt uttryck som löser det centrala matematiska problemet utan approximation-har potential att integreras i den aerodynamiska/aeroakustiska designen av vingar och blad på små flygfordon, vindturbiner, eller drönare som försöker minimera sitt bulleravtryck med passiva medel. "

Enligt Jaworski, lagets matematiska analys byggde på klassisk aerodynamisk teori. Intressant, den viktigaste informationen för att få ett exakt resultat med allmänna porositetsfördelningar kom från en gammal rysk text.

"Det kanske mest överraskande var upptäckten att det matematiska problemet kunde formuleras mycket allmänt och lösas i sluten form utan att ta till onödiga approximationer, "sade Rozhin Hajian, medförfattare till uppsatsen och en doktorand i maskinteknik vid Lehigh.

Med hjälp av deras formel, resultaten för tryckfördelningen på en vinge från en given beskrivning av porositeten och krökningen hos en vingavsnitt kan uttryckligen bestämmas utifrån en enda ekvation - ett verktyg som kan vara av stort intresse för designers som vill minimera buller samtidigt som man maximerar aerodynamiska egenskaper.

"Det faktum att vårt resultat är tydligt och i sluten form för godtyckliga porositetsfördelningar gör det enkelt att implementera i analyser av aerodynamik vs aeroakustik för att förutse om en viss porositetsdesign kommer att vara effektiv för en given applikation eller inte, sa Jaworski.