Advanced

Aerodynamics of the Partial Bounding Flight of a Diamond Dove (Geopelia cuneata)

Warfvinge, Kajsa (2012) BIOM28 20121
Degree Projects in Biology
Abstract
ABSTRACT

Among small to medium-sized birds, intermittent flight is a common behavior, where pauses are inserted between wingbeats. This is believed to have the effect of changing the power output without having to change the wingbeat frequency. Small birds often perform bounding flight, where the wings are completely folded against the body during pauses, while larger birds can be found to glide with the wings fully outstretched between the periods of flapping. I have studied the partial bounding flight of the diamond dove (Geopelia cuneata); a flight characterized by approximately 2-3 wingbeats followed by a short period of gliding with the wings partly folded. The dove was observed to adjust wingspan during glides as well as the... (More)
ABSTRACT

Among small to medium-sized birds, intermittent flight is a common behavior, where pauses are inserted between wingbeats. This is believed to have the effect of changing the power output without having to change the wingbeat frequency. Small birds often perform bounding flight, where the wings are completely folded against the body during pauses, while larger birds can be found to glide with the wings fully outstretched between the periods of flapping. I have studied the partial bounding flight of the diamond dove (Geopelia cuneata); a flight characterized by approximately 2-3 wingbeats followed by a short period of gliding with the wings partly folded. The dove was observed to adjust wingspan during glides as well as the length of the gliding period to account for different needs for lift at different wind tunnel angles and air speeds. In total, 16 angle/air speed combinations have been studied. Using stereo PIV, I have also derived lift forces from the circulation of the main vortex structures, the tip vortices, observed in the wake behind the bird. In flapping flight, the strength of the circulation was highly dependent on air speed, while, during gliding, the patterns were weaker. While the lift generated during flapping flight was estimated to account for the full weight of the bird, gliding flight produced lift corresponding to 1/3-1/2 of the bird’s weight. Measuring the downwards velocity between the main vortex structures, span efficiency and flap efficiency could be estimated. While the calculated span efficiency was higher than other bird and bat species, flap efficiency was close to what is assumed in Pennycuick’s model of flapping flight. (Less)
Abstract (Swedish)
Varför vill duvan hellre falla än flyga?

Under lång tid använde vi endast vår kunskap om flygplan för att förstå hur fåglar, fladdermöss och insekter kan flyga. Detta trots det är tydligt att de stela
flygplansvingarna inte liknar till exempel fladdermössens mjuka embranvingar
särskilt mycket. Tänk bortom klassisk flygplansaerodynamik, och du kan lära dig mycket om alla de speciella flygtekniker som finns i djurriket, till exempel varför diamantduvan vill falla mot marken i stället för att flaxa.

Ett flygande djur lämnar efter sig ett spår av virvlar i luften. Man kan studera detta spår för att få kunskap om de olika flygkrafterna djuret skapat. Dessutom kan formen på virvelspåret ge information om djurets flygegenskaper. Forskning... (More)
Varför vill duvan hellre falla än flyga?

Under lång tid använde vi endast vår kunskap om flygplan för att förstå hur fåglar, fladdermöss och insekter kan flyga. Detta trots det är tydligt att de stela
flygplansvingarna inte liknar till exempel fladdermössens mjuka embranvingar
särskilt mycket. Tänk bortom klassisk flygplansaerodynamik, och du kan lära dig mycket om alla de speciella flygtekniker som finns i djurriket, till exempel varför diamantduvan vill falla mot marken i stället för att flaxa.

Ett flygande djur lämnar efter sig ett spår av virvlar i luften. Man kan studera detta spår för att få kunskap om de olika flygkrafterna djuret skapat. Dessutom kan formen på virvelspåret ge information om djurets flygegenskaper. Forskning har visat att fåglar har ett virvelmönster som oftast består av virvlar som släppts från vingspetsarna, men även kan innehålla stjärt- och vingrotsvirvlar. Fladdermöss har betydligt mer komplicerade mönster, med flera sammanlänkade virvelringar. Vissa forskare tror att detta hjälper fladdermöss att manövrera bättre än fåglar.

Genom att studera arter som har olika flygteknik kan vi få en helhetsbild av hur fåglar och fladdermöss bär sig åt för att kunna flyga. Hittills har forskare till exempel studerat vanliga småfåglar (svarthätta), fåglar som manövrerar bra i snabb fart (tornseglare) och i långsammare hastigheter (flugsnappare), glidflygande fåglar (tornseglare), fåglar som kan flyga på stället (kolibri) samt ett antal fladdermusarter. Jag har studerat diamantduvan, världens näst minsta duva. Virvelspåret fågeln släppte efter sig i luften visade att den hade en relativt kostnadseffektiv flygteknik. Stjärten rörde sig mycket under flygning, men bidrog inte till lyftkraften, utan verkade användas endast för att manövrera.

Det mest speciella med diamantduvans flygteknik är dock sättet den alternerar mellan flaxande och glidflygning. Mellan ungefär vart tredje vingslag lägger fågeln in en kort glidperiod med mycket kort vingspann. Lyftkraften i vingarna minskar när spannet minskar, och därför innebär de här glidperioderna att fågeln tappar höjd. Vad är då fördelarna med ett flygsätt där man hela tiden förlorar höjd jämfört med att flaxa hela tiden? En teori är att fåglar vill röra vingarna i en särskild hastighet, som är förutbestämd av hur snabbt flygmusklerna kan dra ihop sig. Detta innebär dock att samma flygkraft skulle skapas hela tiden, trots att det ibland är lättare att flyga – till exempel när man flyger snett nedåt. Då kan fåglarna lägga in små pauser då de glidflyger, vilket inte är lika energikrävande som att röra vingarna. Diamantduvan jag undersökte gled under längre perioder, och med kortare vingspann när det var lättare att producera lyftkraft. Detta hände vid högre hastigheter, och när vindtunneln som
duvan flög i lutades så att fågeln flög snett nedåt.

Handledare: Anders Hedenström
Examensarbete 30 hp i teoretisk ekologi 2012
Biologiska institutionen, Lunds universitet (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
Warfvinge, Kajsa
supervisor
organization
course
BIOM28 20121
year
type
H2 - Master's Degree (Two Years)
subject
language
English
id
3632683
date added to LUP
2013-04-10 15:02:20
date last changed
2013-04-10 15:02:20
@misc{3632683,
  abstract     = {ABSTRACT

Among small to medium-sized birds, intermittent flight is a common behavior, where pauses are inserted between wingbeats. This is believed to have the effect of changing the power output without having to change the wingbeat frequency. Small birds often perform bounding flight, where the wings are completely folded against the body during pauses, while larger birds can be found to glide with the wings fully outstretched between the periods of flapping. I have studied the partial bounding flight of the diamond dove (Geopelia cuneata); a flight characterized by approximately 2-3 wingbeats followed by a short period of gliding with the wings partly folded. The dove was observed to adjust wingspan during glides as well as the length of the gliding period to account for different needs for lift at different wind tunnel angles and air speeds. In total, 16 angle/air speed combinations have been studied. Using stereo PIV, I have also derived lift forces from the circulation of the main vortex structures, the tip vortices, observed in the wake behind the bird. In flapping flight, the strength of the circulation was highly dependent on air speed, while, during gliding, the patterns were weaker. While the lift generated during flapping flight was estimated to account for the full weight of the bird, gliding flight produced lift corresponding to 1/3-1/2 of the bird’s weight. Measuring the downwards velocity between the main vortex structures, span efficiency and flap efficiency could be estimated. While the calculated span efficiency was higher than other bird and bat species, flap efficiency was close to what is assumed in Pennycuick’s model of flapping flight.},
  author       = {Warfvinge, Kajsa},
  language     = {eng},
  note         = {Student Paper},
  title        = {Aerodynamics of the Partial Bounding Flight of a Diamond Dove (Geopelia cuneata)},
  year         = {2012},
}