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Indirect estimates of wing-propulsion forces in horizontally diving Atlantic puffins (Fratercula arctica L.)

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Abstract:

Instantaneous force production in wing-propelled diving Atlantic puffins (Fratercula arctica) was investigated using four birds for which instantaneous estimates of velocity and acceleration of the body were made. The quasi-steady resultant force acting on the body in the sagittal plane was calculated using acceleration reaction coefficients, buoyancy estimates, and drag coefficients taken from the literature and calculated, using two different methods, from a video sequence of a puffin gliding (CDw = 0.021 and 0.026, respectively). The forces calculated from the motion of the body coincide well with the wing-beat cycle, with a forward- and upward-directed force produced by the wings during the downstroke and a forward- and downward-directed force produced during the upstroke. The result suggests that a thrust force may also be produced during at least the lower-stroke reversal. This means either that there may exist some undescribed propulsive mechanism, possibly caused by an interaction of the wings beneath the body, or that the body drag coefficient may be overestimated. However, the body drag coefficient calculated in the study is close to the coefficients measured on dead birds. Furthermore, I conclude that the high reduced frequency (average 0.82) suggests a non-steady-state hydrodynamic mechanism of wing-propelled diving in puffins.

Pour obtenir une estimation de la force instantanée produite au cours d'une plongée chez le macareux moine (Fratercula arctica), qui se propulse par ses ailes, nous avons utilisé les estimations instantanées de la vitesse et de l'accélération chez quatre oiseaux. La force résultante en quasi-équilibre qui agit sur le corps dans le plan sagittal a été calculée au moyen des coefficients de la réaction d'accélération, des estimations de la flottaison et des coefficients de traînée tirés de la littérature, de même que des coefficients de traînée calculés à partir de la séquence des mouvements d'une glissade de macareux (CDw = 0,021 et 0,026). Les forces calculées à partir du mouvement du corps coïncident avec le cycle d'un battement d'aile, les ailes produisant une force dirigée vers le haut et vers l'avant lors de leur abaissée et une force dirigée vers le bas et vers l'avant au cours de leur remontée. Les résultats semblent indiquer qu'il se produit probablement aussi une force de poussée, au moins pendant le renversement du battement vers le bas. Cela signifie qu'il existe peut-être un mécanisme de propulsion inconnu, peut-être causé par l'interaction des ailes sous le corps, ou que le coefficient de traînée du corps a été surestimé. Cependant, le coefficient de traînée du corps calculé ici se rapproche des coefficients mesurés chez des oiseaux morts. Je conclus, en outre, que la fréquence fortement réduite (0,82 en moyenne) reflète un mécanisme hydrodynamique de non équilibre au cours des plongées par propulsion des ailes chez les macareux. [Traduit par la Rédaction]

Document Type: Research Article

Publication date: 2003-05-01

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