Биогидродинамика плавания и полета (Ентов В.М., 1980 - Биогидродинамика плавания и полета), страница 6

Стрижей много раз наблюдали на высотах 2 км и более, и они меняют высоту быстро и легко [20. стр. 163]. То, что стрижи обычно проводят в полете весь день, хорошо известно, однако Лэк [20, стр, 129 — 136] собрал явные доказательства того, что часто они летают и всю ночь. Весьма интересно, имея в виду параллели между исключительным овладением стрижами воздушной средой в трех ее измерениях благодаря неутомимым вертикальным и гори. зонтальным перемещениям с большой скоростью и сходным с ним овладением морской средой животными, изображенными на рис. 24, что движущая поверхность у стрижа также имеет «полулунную» или серповидную форму (рис. 26). Более того, согласно наблюдениям, эта пара полулунных крыльев, подобно полулунному хвосту морских животных, создает тягу посредством движений без изменения формы (т.

е. без какого-либо изгиба лучезапястного сустава) при исключительно высокой частоте [20, стр. 115]. В пользу представления об исключительно высокой частоте взмахов крыльев стрижей говорит тот факт, что систематический сбор данных о частоте взмахов крыльев путем прямого хронометража в полевых условиях был проведен для разнообразных птиц во всем диапазоне размеров [28], но не для стрижей, частота взмахов крыльев у которых значительно выходит за пределы, доступные для визуальицх наблюдений.

Возможно, что стрижи являются исключением среди летающих животных и напоминают морских животных с полулунным хвостом в создании тяги путем колебаний с частотным параметром оэс/(7 порядка 1 и более — это те условия, при которых, согласно рассуждениям Лайтхнлла [23], серповидная форма улучшает тяговые характеристики. Было бы крайне интересно получить для анализа с этих позиций кинограммы движения крыльев стрижа при быстром полете. Ркс. 25. Показана серповааная («поауаун.

ная») пара крыльев обыкновенного стрюка Аров аров 1141. Стрижи не только проводят большую часть времени в полете, но и, «приземляясь», избегают садиться на горизонтальную поверхность. Действительно, их крылья, приспособленные для быстрого полета, лишены той свободы вращения в плечевом суставе, которая способствует типу взлетных движений, описанных в ч.

3. Кроме того, какая-либо возможность «подпрыгнуть» с земли прн взлете исключается из-за чрезвычайно малой длины ног стрижа, которые, с другой стороны, хорошо приспособлены для того, чтобы прицепляться к почти вертикальным поверхностям благодаря «присасываюшей» способности подошвы. Они взлетают с этих поверхностей сначала под действием силы тяжести, а затем переходят к машу1цему полету, как только набирают скорость. Стрижи часто гнездятся в башнях. Стриж, гнездившийся в церкви Турнэ в Бельгии, был увезен в коробке в Дж. Лайтхалл 10000 !О э 1из 1игйа э ига!инни-и а)иииз-1 !000 1иайх лОО .' 10 лондонский аэропорт и там выпущен. Он совершил обрат. ный перелет длиной 240 км за 4 ч [20, стр.

118] — удивительно быстро, особенно если учесть, что сюда входит время, нужное для отыскания правильного пути, На рис. 26 приведен график зависимости массы главной грудной мышцы, осуществляющей у птиц взмах вниз, от 1 !О 100 1000 Рас. 26. Масса главной грудной мышцы в граммах (абсцисса) в зависн.

мости от полной массы в граммах (ордината) дли птиц [!2). обшей массы птицы для большого числа видов. Прямая линия соответствует среднему значению 15е(е отношения массы главной грудной мышцы к общей массе, что сходно с соответствующим результатом для насекомых. С другой стороны, у стрижей это отношение значительно выше среднего [20, стр. 116]. На рис. 27 приведены соответствующие результаты для мышцы, осуществляющей взмах вверх, среднее значение здесь составляет !.5'~~ — всего одну десятую относнтельнон Аэродинамические аспекты лолега жиаьтных массы мышцы, осуществляющей взмах вниз.

Это отношение еще меньше у птиц, «специализирующихся» иа создании подъемной силы, а не тяги, подобно птицам, описанным в разделе, посвященном парени!о. У стрижей, «специализирующихся» на создании тяги, а не подъемной силы, отношение массы мышц, осуществляющих взмах вверх, к массе Мышц, осуществляющих взмах вниз, достигает исключительно высокого значения (!)з). Эти тенденции выражены еще ам од 1 1О !00 Рис. 27, Масса мышц, обеспечивающих взмах вверх у птиц (абсцисса) в завнсимости от полной массы (в граммах) [12].

отчетливее у близких родственников стрижей — колибри (Тгос[т[!11[ае, принадлежащих к тому же отряду Арог[1[оггпез), обладающих замечательной способностью к зависанию в воздухе [см. ч. 3). Ранее я упоминал некоторые преимущества, которымн обладают насекомые по сравнению с птицами. В противовес этому у птиц есть перья, обладающие как уже упомянутыми аэродинамическими преимуществами, так и хорошими конструктивными характеристиками, что позволяет при малом 41 Лэа. Лабтхилл 40 весе передавать нагрузку от давления воздуха на кости крыла, Для птиц вообще весьма полезен ряд других конструктивных особенностей, в частности их полые кости и распределение воздушных мешков, снижающее среднюю плотность тела без заметной потери жесткости н делающее возможной уникальную дыхательную систему, в которой расширениями и сжатиями воздушных мешков создается непрерывный поток воздуха через легкое постоянного объема, что способ.

ствует весьма эффективному обмену Оз и СОз между воздухом и потоком крови, Летучие мыши Внешняя часть крыла птицы, обычно называемая кистью, соответствует кисти других позвоночных, но кости четырех пальцев слились в единую мощную деталь скелета, выделяется лишь небольшой «большой палец» («крылышко»). Полную противоположность составляют летающие млекопитающие (летучие мыши) из отряда С)з!гор1ега (рукокрылых), имеющие крыловую мембрану, натянутую (как и указывает название отряда) главным образом на кости сильно увеличенной кисти, а также задней конечности и хвоста (рис. 28, 31 — 33). Этот отряд, включающий [46, стр, 10] 875 известных видов и являющийся (после грызунов) вторым по величине отрядом млекопитающих, делится на два подотряда Медас!т!гор1ега (или «больших летучих мышей») с красочными именами вроде «летучих лисиц» (рис.

32, 33) и М!сгосЫгор1ега (или «мачых летучих мышей»), к которым относится огромное большинство видов. Высокоразвитая эхо-локацня («сонар») и хорошие аэродинамические характеристики делают многих из них великолепными представителями искусства ночного полета. Семейство Чезрег(!1!опЫае (к которому относится большинство общеизвестных английских малых летучих мышей) обладает этой совокупностью свойств в значительной степени. Они могут летать очень быстро, сохраняя полный контроль над полетом (и способность ловить насекомых) в переплетении ветвей и других препятствий, существующих в лесу.

На рис. 28 показан полет Р!есо(цз ацгйпз; на верхних двух рисунках летучая мышь летит по направлению к нам, причем крылья параллельны направлению среднего движения при взмахе вниз (слева), но имеют большой положительный угол тангажа при слабонагруженном взмахе вверх, как на схеме машущего полета (рис. 7). Те же движения, рассматриваемые снизу, показаны на двух нижних рисунках. Аэродинамические аспекты полета животных Очевидно, крыло, опирающееся на пять пальцев, можег легко менять свою форму для управления полетом.

Например, ему можно придать дополнительную выпуклость для увеличения максимального коэффициента подъемной силы, опуская пятый палец (так же, как пилот самолета опускает закрылок). Было отмечено, что летучие мыши делают это как раз на тех малых воздушных скоростях, когда необходим большой коэффициент подъемной силы ]46, стр. 200]. Килевидная грудина (з(егпшп), хотя она и имеется у многих летучих мышей, не единственный элемент скелета, Рис. 28.

эллинноухая летучая мышь Р1есо1пз анб1нз (масса Э г, размах крыльев 26 см), летящая горизонтально со скоростью 3.5 м/с: а — взмах вниз, сфотографированный спереди; б — взмах вверх, сфотографированный спереди; а — взмах вниз, сфотографированный снизу; з — взмах вверх, сфотографированный снизу [31); фотографии Уллм Норберт. обеспечивающий передачу крылу большого изгибающего момента при взмахе вниз (посредством грудной мышцы).

На лопатке (асари!а) также закрепляются важные мышцы, ра. ботающие при взмахе вниз, так что в приложении изгибающего момента участвует грудная клетка на всю глубину — от грудины до лопаток [46, стр. !14, 128]. Масса грудной мышцы составляет примерно 8о(з обшей массы тела, но учет многочисленных прочих мышц, участвующих в полете рукокрылых, приводит почти к удвоению этого отношения [46, стр. 192] и делает его близким к значению для насекомых и птиц. Интересно задаться вопросом, выработалнсь ли у каких- либо летучих мышей крылья со значительно ббльшим удлинением, чем на рис. 28, предположительно для длительного быстрого пелета.

Можно назвать две такие группы. Семей- Дзк.Лайтхалл ство, наиболее близкое по образу жизни к стрижам, — семейство свободнохвостых американских летучих мышей (Мо1оззЫае). На это сходство указывает Уимсет [46, стр. 212]; (см, также [1, стр. 122[); эти летучие мыши охотятся за насекомымн в открытых местах„совершая длительные быстрые Рис. 29. Летучая мышь «калифориий- Рис.

30 Бгльшой листонос Р!«у!- ский мастиф» (Ецгпорз са1!рьогпкнз!. 1оз1ошнз Ьамашз [Ц. Видно, как широко раскрывается ее пасть для ловли насекомых [Ц. Рис. 31. Экземпляр РЬу1!оз1огпнз (газ!а!из с размахом крыльев 43 см [Ц. полеты на больших высотах. Приспособление к высоким скоростям состоит не только в большом удлинении крыла, но и в обтекаемом сечении предплечья (вместо почти круглого сечения у большинства других летучих мышей).