Биогидродинамика плавания и полета (Ентов В.М., 1980 - Биогидродинамика плавания и полета), страница 7

Как и стрижи, эти летучие мыши избегают садиться на ровные поверх. Ности, с которых им было бы трудно взлететь [46, стр. 2121, Рис, 32. Крыло летучей лисицы Р1егориз пгег!1цз. Показаны кости, на ко- торых укреплена перепонка крыла; «передний элерон» зачернев [131. Рис. 33. Летучие лисицы в полете [Ц. Верхняя фотография: Р1егорнз ро- !!осер(га1нз; нижняя фотография: Р1егорнз па!а!1з, Лж Лайтхилл Аэродинамические аспекты полета животных Я решил показать представителя этого семейства Еишорз саИогп!сцз в сонном настроении (рис. 29), чтобы подчеркнуть, что летучие мтыгни †э летательные устройства, кото. рые складывают крылья наподобие самолетов морской авиации на стоянке! Д,ругая группа летучих мышей стала прожорливыми плотоягдными.

Р)гу!1оз(опшз (таз!а!из, имеющий копьевидный нос «рис. 30) и крылья большого удлинения (рис. 31),— особен:но активный и быстрый летающий хищник. Среди Медас(г!пор!ега большие «летучие лисицы» рода Р1егорцз, питающиеся плодами, были весьма тщательно исследованы в полет~е Хэнкином [13], исключительно одаренным наблюдателем:, работавшим в Индии. Хэнкин показал, что они используют <элероны» на передней кромке крыла. На рис. 32 показажа !темным) та часть крыла, которую они могут отгибать книзу сознательным движением большого и указательного паль,цев.

Хэнкин провел продолжительные исследования этого движения, которое, как ои показал, совершается, когда возд;ушная скорость мала, т. е. как раз тогда, когда выгодно совтветствуюшее увеличение коэффициента подъемной силы. Другие виды Рйегорцз показаны в полете на рис. 33, Отметим, в частностии экземпляр с опушенными ногами и дугообразно изогнутымити крыльями — обычная поза (см. [13, стр. 218)), когда лгетаюшее животное должно достичь высокого сопротивлени:я ет сбалансированных сил сопротивления, действующих гнияе и выше центра масс.

Это положение используется либо при торможении животного, либо для обеспечения (так, кан это обсуждается в равд. «Парение») крутого спуска. Управление полетом Я уже начал говорить об управлении полетом; это приводит меня к неоогходимости общего обсуждения аэродинамических аспектов управления полетом у летающих животных. Стоит начать с в>проса о том, добиваются ли летающие животные продоль,ной устойчивости при помощи типичного для авиации метода: аэродинамическая устойчивость самолета по отношению к тангажу обеспечивается тем, что подьемная сила действует на главную аэродинамическую поверхность впереди центра тяжести и на вторую аэродинамическую поверхность, расположенную позади,— стабилизирую.

шее хвостовое опейзенне. Было бы, однако, ошибкой считать общей для летаюгцнх животных тенденцию к достижению устойчивости таким способом. Конечно, такая собственная аэродинамическая устойчивость была, вероятно, существенна на первых этапах развития полета животных как у примитивных планирующих насекомых, так и у первых летающих насекомых, у которых появились крылья, но еше не выработались сложные системы управления ими. Действительно, расположение крыльев у летающих насекомых каменноугольного периода аэродинамически было того типа, который сегодня имеется у стрекоз (рис. 34), и две пары крыльев, одна впереди, а другая .'н Рис.

34 Типичное расиоложеаие крыльев у стрекоз [2] (иодотряд Аи!кор- сета отряда Оаопа!а). позади центра тяжести, играли, должно быть, важную роль в обеспечении их устойчивости. Существующие четырехкрылые насекомые, возможно, извлекают пользу из аэродинамического сопротивления прн тангаже (аэродинамический момент, направленный против скорости тангажа), обеспечиваемого расположением их крыльев. Даже у Со!еор1ега пассивные надкрылья (переродившиеся передние крылья) могут играть такого рода стабилизирующую роль.

Однако не следует переоцепнвать потребность насеколгых в аэродинамической стабилизации. У существующих летающих насекомых имеется в общем весьма совершенная и быстродействующая система автоматического управления полетом [32, стр. 103). Бейс-Фо и Иенсен [41) показали, что одна исследованная ими саранча реагировала на изменения угла тангажа изменением пронации (угла поворота крыла перед взмахом вниз) уже на следую- а!елг взлгахе; аналогичная быстрота реакции прн поддержа. 47 дж.Ладтхилл Аэродинамические аспекты полета животных нии необходимого углааатаки по отношению к направлению полета характерна для управляющих систем насекомых в целом. Миттельстед [29) показал, что относительно массивная голова стрекоз (рис. 34) служит датчиком положения в системе управления.

Когда положение тела меняется, изменение положения головы происходит с некоторым запаздыванием, и имеются «шейные тензодатчики» (если говорить в антропоморфных терминах о рецепторах растяжения, расположенных между головой и грудью), генерирующие сигналы, управляющие пронацией таким образом, чтобы положение тела изменилось и стало по одной оси с головой. авив Хавва вввввмв схавав« мвва Рис. 35.

Дорсальиый (а] и вентральный (д) виды жужжалец мухи 1ц- с$!!а [5]. У 0(р(ега (двукрылых) органы, в которые переродились задние крылья, являются еше более чувствительными органами равновесия: это жужжальца (рис. 35), состоящие из утолщения на конце гибкого «стебля», имеющего в основании сложную систему рецепторов. Прингл [32] и Фауст [8[! разобрали механизмы определения изменений положения тела по возникающим на вибрирующих жужжальцах гиро. скопическим моментам, что дает Р(р(ега исключительно эффективные системы управления полетом.

Упомянутые выше системы делают Ойопа(а и О!р(ега способными поддерживать полностью устойчивый полет в темноте. С другой стороны, другие отряды насекомых, повидимому, нуждаются в визуальном определении положения тела для управления полетом. В противоположность этому птигмгь! и летучие мыши, как и вообще позвоночные, определяют изменения положения тела при помощи полукружных каналов, имеющихся во внутреннем ухе позвоночных, и управление их полетом опирается на информацию от этих органов чувств.

В частности, у летучих мышей эта информация объединяется с информацией от системы эхо-локации, чем создается превосходная способность к ночному полету. Можно, конечно, сказать, что птицы с их расставленными хвостовыми перьями приближаются к типичной для авиации конфигурации с главной несущей поверхностью (крыло) и стабилизирующей хвостовой поверхностью. Разумеется, птицы широко пользуются своей способностью раздвигать хвостовые перья.

При медленном полете они обычно широко раздвинуты и используются как для обеспечения устойчивости, так и для управления полетом. Однако при нормальном быстром полете они полностью сложены, и этот полет происходит успешно без всякого участия хвоста в стабилизации и управлении полетом. В то же время при любом резком маневре при быстром полете птица часто раздвигает хвостовые перья, чтобы создать большой продольный момент, Однако птицы с обрезанными хвостовыми перьями способны совершать устойчивый полет.

В этой связи нужно признать, что у большинства птиц и летучих мышей и даже у многих насекомых имеется и совсем иная форма обеспечения продольной устойчивости. Это тот элемент продольной стабилизации, который в авиации называется «маятниковым эффектом> и характерен для монопланов с верхним расположением крыла. При крыле, рас* положенном значительно выше центра тяжести, как у многих летающих животных, устойчивость, во многом сходная с устойчивостью корабля, обеспечивается тем, что центр давления лежит выше центра тяжести.

Изменению положения тела тогда противодействует пара сил, возникающая из-за смещения линии действия веса животного от линии действия аэродинамических спл. Такой тип дополнительной продольной устойчивости самолетов благодаря маятниковому эффекту не всегда популярен среди пилотов самолетов, поскольку из-за него самолет медленно реагирует на управляющие движения. Это, однако, отчасти связано с тем, что пилот не может использовать маятниковый эффект для создания дополнительного продольного момента, который должен создаваться хвостовыми элеронами, установленными на хвостовом оперении, служащем другим источником продольной устойчивости.

С другой стороны, летающие животные могут передвигать 48 Дят Лабтхилл Рнс. 37. Небольшая бурая летучая мышь Муоца в повороте с крутым наклоном [)). Миграция крылья вперед н назад, чтобы использовать для создания улравляюшего момента сам стабилизирующий маятниковый эффект. Заметим, что для создания ускорения перемешение центра давления крыла к хвосту заставит центр тяжести повернуться так, чтобы он оказался лод центром давления, чем создается меньший угол атаки, требуемый при высоких скоростях. Хэнкин 113, стр.

110) провел тщательные наблюдения за системой управления наклоном продольной оси при полете, используемой одним из видов попугаев, обладающим хорошими летными качествами. На рис. 36 приведены его зарисовки конфигурации попугая при медленном, среднем и быстром полете. Как при быстром полете, так и при полете с умеренными скоростями хвостовые перья полностью сложены, при этом, однако, для управления и для стабилизации Рнс. 36.