Биогидродинамика плавания и полета (Ентов В.М., 1980 - Биогидродинамика плавания и полета), страница 5

Частота взмахов крыла около 5 Гц, что соответствует частотному параметру отс/У, близкому к '/т, т. е. лежащему Ряс. 17, Полет голубя [4]. Лэх.Ладтхилл 98 Аэродинамические аспекты полета эеиаотнзгх 29 Рис. !8, Цикл движений крыла голубя !41: ! — начало взмаха вниз; я — средняя фаза взмаха вниз; 3 — завершаюшая фаза взмаха вниз; 4 — начало взмаха вверх,' б — середина взмаха вверх; б — завершаюшая фаза взмаха вверх.

в диапазоне, где аэродинамические силы лишь умеренно отклоняются от квазистационарных значений. Изображения голубя с трех взаимно перпендикулярных направлений показаны для шести последовательных фаз цикла взмаха крыла, начиная с наивысшего положения крыла на рнс. !8. Этот рисунок четко демонстрирует сходство взмаха вниз, при котором хорда крыла остается практически горизонтальной, с картиной взмаха для крыла саранчи (рис.

8) или для общей схемы машущего полета (рис. 7). Быстрая супинация в конце взмаха вниз для получения «хорошо обтекаемого» взмаха вверх (с большим положительным углом тангажа по отношению к направлению среднего движения) происходит в точности так же, как показано на рис. 8. Новым обстоятельством является изгиб лучезапястного сустава, сопровождающий движение крыла голубя вверх. Вероятно, это способствует поддержанию значительного тягового усилия на крыле в середине взмаха вверх, когда маховые перья вблизи конца крыла сильно отгибаются назад. С другой стороны, подъемная сила обеспечивается, вероятно, главным образом при взмахе вниз. Браун установил, что расхождение маховых перьев при взмахе вниз, видное, в частности, на кадре 5 рис.

17, обеспечивает увеличение подьемной силы. Он провел в аэродинамической трубе опыты с различным расположением перьев в жесткой державке и показал, что такое разделение маховых перьев позволяет получить 60о!о-ное увеличение максимальной подъемной силы. Щели между перьями действуют подобно щелям в передней части используемого в авиации разрезного крыла типа показанного на рнс. 19, когда впереди большого крыла располагается малое, установленное под меньшим углом атаки. Воздух отклоняется малым профилем и потому приобретает возможность обтекать переднюю кромку большого профиля без отрыва.

Очевидно, реализацию этого принципа можно усовершенствовать при наличии более чем одного такого малого профиля. Голуби с успехом используют для увеличения тягового усилия и подъемной силы те «методы», которые я упомянул; однако они же встречаются в некоторой степени и у ряда весьма разнообразных птиц, что продемонстрировал Браун [4), приведя сравнительные рисунки для чайки Вагиз. На рис. 20 вновь видно более значительное расхождение маховых перьев при взмахе вниз (кадры ! — 5), чем при взмахе вверх (кадры б — Ю). Е!а рис.

2! для сопоставления с рнс, 18 схематически показано расположение крыльев в трех проекциях; изгиб лучезапястного сустава при взмахе вверх, приводящий к направленному назад движению маховых перьев, вновь виден вполне отчетливо, хотя и несколько менее выражен, чем прежде. Полученная несколько ранее серия рисунков по киносъемкам Хортон-Смита (16] показывает более энергичный машущий полет чайки (рис. 22) с весьма отчетливым изгибом лучезапястного сустава при взмахе вверх, но при том с все еще совершенно прямым параллельным дге.Ладгхилл зо у.ч-;э Рис. 19. Увеличение подьемной силы [16[: а — обтекание профиля при малом угле атаки происходит без отрыиа; б — прн большом угле атаки профиля поток отрывается; в — поток не отрывается прн обтекании профиля с большим углом атаки, если перед ним установлен меньших раз.

нерон профиль под малым углом атаки. 1 аьййймв тому, как сделал это Бейс [40] для соответствующего метода движения рыб, которые тяжелее воды. Из его работы следует, что этот метод может иметь существенно меньшие метаболические затраты, чем при непрерывном создании тяги, во всех случаях, когда дополнительная затрата энер. гии животным на создание тяги, деленная на результирующую скорость движения, сильно превосходит сопротивление при планировании. Лэк [20, стр. !13) делает аналогичное предположение относительно полета стрижей.

На рис. 23 показан крайний пример использования разделения перьев для увеличения Рнс. 20, Полет чайки [41. направлению среднего потока положением крыла при взмахе вниз. Чайки относятся к многочисленным видам птиц, обычно чередующим при длительном полете периоды машущего полета и планирования, причем потеря высоты за период планирования компенсируется за непосредственно следующий период машущего полета. Было бы интересно проанализировать энергетику такого типа длительного полета подобно Дж.лойтяилл 32 1О 12 2 заи. збэ 1 1 1 Рис. 21. Движение крыла при обычном полете чайки (41; 7 — начало взмаха вниз; 8 — середина взмаха вниз; 9 — завершаюшая фаза взмаха вниз; 10 — начало взмаха вверх; 1! — середина взмаха вверх; !2 — завершаюшая фаза взмаха вверх.

подъемной силы. Странствующий дрозд Тигбиз пиита!ог1иэ сфотографирован здесь в условиях медленного полета, когда ему нужен особенно высокий коэффициент подъемной силы. В моем обзоре по движению морских животных я выделил особые черты животных с полулунным хвостом, ряд которых показан на рис. 24. В их числе наиболее быстрые морские животные; все онн быстрые пловцы, находящиеся в со. Аэродинамические аспекты полета жизотныя Рис.

22. Последовательные положения крыла (! — !41 при энергичном машущем полете чакки 1!61. стоянии постоянной активности, живущие в открытом океане и способные совершать большие перемещения по глубине и в горизонтальном направлении. Специфический высокоэффективный метод получения непрерывного усилия тяги прн движении с высокой скоростью, который оказался общим для всех этих животных различного происхождения, состоит в использовании серповидного («полулунногов) хвоста, который, сохраняя свою форму, совершает колебательные дви- Дж.

Ладтхилл женин, характерные для скомброидного типа создания тяги с исключительно высокой для животных такого размера частотой (например, !2 Гц для тунца длиной 2 м). Интересно задаться вопросом, существует ли у каких-либо птиц тип движения (и вообще жизни) в воздухе, аналогичный этому морскому типу. Если мы попытаемся сперва ответить на значительно более простой вопрос: «Какие из птиц являются наиболее быстрыми?», то мы не найдем немедленного ответа, носящего Рис. 23. Странствующий дрозд в медленном полете [45]. характер точной статистики максимально достижимых «воз. душных скоростей» (т.

е. скоростей относительно воздуха). На существо трудности указал Майнертцхаген [28] в своем обширном критическом обзоре имеющихся данных по скоростям полета птиц: условия, при которых птицы летят с максимальной скоростью, обычно не допускают либо действительно надежных измерений скорости птицы относитель.

но земли, либо таких же измерений скорости ветра там, где летит птица, что необходимо для определения ее скорости относительно воздуха. Максимальные воздушные скорости, которые можно рассматривать как надежно установленные, с учетом критических соображений Майнертцхагена относительно большинства приводимых им данных, лежат в диапазоне 25 — 30 м/с и получены для спортивных голубей, золотистых ржанок, дн* ких уток, настоящего сокола (с учетом благоприятного дей.

Аэродиноминеские аспекты полета животных Рве. 24. Варианты полулунного хвоста у шести перкоидных рыб, двух акул, двух китообразных млекопитающих н одной вымершей рептилии [22]. ствия силы тяжести при наклонном полете или пикировании), колибри и стрижей. Это, однако, не исключает возможности того, что некоторые виды действительно достигают более высоких скоростей, или того, что возможно некоторое более определенное упорядочение видов (или групп видов) по максимальным достижимым нли воздушным скоростям.

Почти все орнитологические данные, выходящие за рамки этой количественной статистики, фактически подразумевают 37 А»расимами«еские аспекты колета х«иаотных 33 мэк. Ладтхилл более точный ответ на оба наших вопроса. Выдающиеся орнитологи всех поколений, начиная с Джилберта Уайта, сходятся на том, что наиболее быстрые птицы — стрижи, т. е. семейство Арос((с(ае, характеризующееся «особой быстротой полета и неутомимой активностью» [27, стр.

607]. Хортон-Смит [16] указывает (стр. 143), что опытные сокольничьи накопили множество практических сведений об относительных скоростях птиц, и констатирует, приведя многочисленные сведения из этих источников, что среди британских' птиц наиболее быстрые — обыкновенные стрижи Арцз; это единственная птица, которую не может поймать настоящий сокол! На стр. 307 книги [21] АродЫае выделены «как особый пример быстро летающих» птиц. В блестящем специальном исследовании [20] великий орнитолог Лэк описывает стрижей (стр. 110) как «наиболее выделяющихся в том, в чем птицы выделяются как целое — в полете». Все авторы, пишущие о стрижах, подчеркивают их по. стоянную активность в воздухе: питаются они исключительно в воздухе вплоть до удивительно большой высоты тем «аэро- планктоном», состоящим из насекомых, который существует вплоть до удивительно больших высот (см, ваздел, посвященный миграции).