Analysis of avian tail aerodynamics for improved flying efficiency.

El mercado de drones actual demanda drones más avanzados, capaces de llevar a cabo maniobras ágiles, así como vuelos eficientes para misiones en entornos atestados como pueden ser ciudades o bosques. Al observar la naturaleza, uno se da cuenta que los pájaros ya consiguen estas cualidades, los cuales tienen colas de muchas formas que, sin embargo, quedan muy lejos de las colas con las que cuentan los drones. Sin embargo, las investigaciones acerca de la cola aviar no coinciden en los parámetros que definen su rendimiento. Por ello, vamos a ensayar varias formas de colas aviares en un túnel de viento para comparar su desempeño.
Fabricamos tres colas básicas (circular, triangular y ahorquillada) y un fuselaje sobre el que montarlas, imitando así un ave real o, siendo más realistas, un dron. No se añadieron alas porque harían el estudio del flujo de aire de la cola demasiado complicado. El fuselaje con cada una de las tres colas, así como cada una de las colas por separado fueron ensayados en un túnel de viento, a varias velocidades y ángulos de ataque, y se midieron las fuerzas generadas.
Los resultados muestran que, al volar con el mismo número de Reynolds, la cola triangular es la más eficiente, según indica el cociente sustentación-arrastre, mientras que la cola ahorquillada ofrece el coeficiente de sustentación más elevado. Otros resultados indican que el fuselaje altera el flujo de aire a través de la cola y aumenta el ángulo de pérdida, lo que permite al conjunto generara mayor sustentación, pero también mayor arrastre.

The current drone market asks for more advanced drones, capable of performing agile manoeuvres as well as efficient flights for missions in cramped environments like forests or cities. Looking at nature, one realises that these qualities are already achieved by birds, who have different shaped tails that nonetheless stay away from the tails drones employ. However, research into the avian tail fails to conclude which parameters determine their performance. Therefore, we will test several shapes of avian inspired tails in a wind tunnel and compare their performance.
We manufactured three basic tails (circular, triangular and forked) as well as a fuselage to mount them on, thus mimicking a real bird or, more realistically, a drone. No wings were attached because they would make the study of the airflow around the tail too complex. The fuselage with each of the three tails, as well as each tail by itself were tested in a wind tunnel, at various wind speeds and angles of attack, and the forces generated were measured.
The results show that, when flying at equal Reynolds numbers, the triangular tail performs the best, as measured by its lift to drag ratio, whereas the forked tail produces the greatest lift coefficient. Other findings show that the fuselage alters the airflow around the tail, delaying the stall and allowing the whole assembly to generate higher lift, but also produces a higher drag.