Р. Скорер - Аэрогидродинамика окружающей среды (1115254), страница 92
Текст из файла (страница 92)
Сводя все их воедино, Хавкин доказывает па примерах, что каждое из предлагаемых объяснений образования восходящих по~оков не верно, так как ои может указать случаи, в которых онц поочередно оказываются неприемлемыми. В некоторых случаях оц даже приводит факты, подтверждающие путем наблюдения облаков, что парение обусловлено восходящими потокамп воздуха, но пе рассматривает их под таким углом зре- ЛЭРОДИ!!АМИКЛ И ЖИВЫЕ ОРГЛНИЗМЫ 501 ння. Причина его заблуждения состоит в том, что ои в противо- положность принятой точке зрения пытается доказать, что вос- ходящие потоки пс могут иметь псбольшого характерного мас- штаба.
12.5. Альбатросы и динамическое парение Пока будем пренебрегать скоростью снижения птицы при парении, предполагая, что для компенсации спнжепня может быть применен тот нли иной способ набора высоты, и сосредоточим внимание на способах увеличения скорости полета. Если бы вертикальный профиль скорости ветра имел разрыв, то птица могла бы перссекагь его многократно, причем каждый раз в том направлении, прн котором ее скорость относительно воздуха возрастает. На рис. 12.5,1 показаны два встречных воздушных потока, разделенных поверхностью тангенциального разрыва. Пересекая эту поверхность в направлениях, показанных жирпымн стрелками, при наличии разрыва скорости (указан стрелками в левой части рис.
12.5.1), птица увеличивает свою возду!пну!о скорость н может использовать ее приращение для набора высоты. Остается только замкнуть петлю, двигаясь вдоль пунктирных линий, и можно продолжать подъем вдоль поверхности разрыва. Если теперь вообразим, что схема, показанная на рис. 12.5.1, представляет собой вертикальное сечение двух воздушных потоков, расположенных друг над другом, то, спускаясь по нисходящей части петли, птица будет превращать в кинетическую энергию ровно с~олько потенциальной энергии, сколько оиа набрала, двигаясь по восходящей части петли.
Следовательно, полет может продолжаться неопределенно долго, если разрыв достаточно сильный. Если заменить разрыв ветровым профилем, показанным в правой части рис. 12.5.1, то прн достаточно большом градиенте ветра птица сможет описывать ту же петлю сколь угодно долго без затраты энергии. Если имеется ветровой градиент о!о/г(г, а вертикальная составляющая скорости полета птицы равна ш, то прп подъеме по восходящей части петли ее воздушная скорость будет увеличиваться, как !Ре!Р1г(г. Поэтому кинетическая энергия будет возрастать со скоростью ди ! — (зи =а —,=аш — „ дт (12.5.1) тогда как потенциальная энергия накапливается со скоростью дш и должна вычитаться пз кинетической.
Птица сможе~ подняться по восходящсй части петли, не теряя воздушной ГЛАВА 1В скорости (аэродинамическим сопротивлением мы здесь пренебрегаем), если дев<ив —, т. е. если — > —. (12.5,2) г!о ту о г!л и ' Ясно, что этому условию легче удовлетворить при большей воздушной скорости.
На нисходящей части петли потенциальная энергия переходит опять в кинетическую, и потери за счет аэродинамического сопротивления восполняются. Следовательно, нис- Рнс. !2.о.! Петля, описываемая птнисй в возлушноьг потоке с тангенииаль- ным разрывом скорости. Оиисываи петлю, псрссскающую плоскость таигсиинальнаго разрыва скорости, изина при каждом инклс увслнииваст Свою скорость относительно воадуха иа у ~ветках патти, доказанных жиринки стрслканн. Всртнкальный профиль скоростей, показанный справа.
така с обссисаиааст полат бсв затраты знаргни. ходящая часть петли должна быть длиннее, с тем чтобы минимизировать потери энергии на сопротивление при наборе высоты. Наблюдения показывают, что птицы часто поступают следующим образом: летят в область возраста!ошей скорости ветра, быстро набирая высоту, затем совершают резкий разворот и направляются вниз, к зе~мной поверхности, резко увеличивая скорость. Обычно эта часть петли попользуется птицей для поиска пищи на поверхности моря, Затем следуют разворот против ветра, набор высоты н вновь спуск. Часто птица быстро набирает высоту, перемешаясь из зоны медленно движущегося воздуха на подветренной стороне волны в зону больших скоростей над ее гребнем.
Такой маневр особенно выгоден, если у гребня волны происходит отрыв потока. Зона отрыва здесь часто бывает видна благодаря визуализации течения брызгами, срывающимися с гребня волны (рис. 12,5.2). Птицы, следующие за судном, могут использовать образующиеся за ним волны, чтобы продвигаться против ветра вместе с судном. Такой способ полета более выгоден, чем использование АЭРОДИНАМИКА И ЖИВЫЕ ОРГАНИЗМЫ 5ОЗ ветровых волн, так как большая скорость относительно воздуха, характерная для волн за судном, облегчает отрыв потока от нх острых гребней. Несомненно, что выполняя эти сложные ма- Рис. !2.5,2.
Набор высоты путем движении к гребню вдоль подветренной сто- роны волны. Птицы используют большой вертикальный гралпевт горизонтальной составлиюшей скорости за острым гребнем волны длк набора скорости н вмеоты, Такой способ полета наиболее эффективен, когда волны движутси пршнв ветра, как в случае волн в следе за судном. иевры, требующие большого искусства 1так как волны движутся относительно поверхности моря), парящие птицы действуют ин- Рис. 12.5.3. Аэродинамический профиль альбатроса. хрыльн атьбатроса имеют болтьпюе отношение размаха к хорде н форму.
нрнгпособленгчю дли полста с бштьшпмк ею~постами прн мшшмальной потере высоты. необтодинычи длн дпнанпческь|о переггпн стннктивно. Онн имеют то преимущество, что могут исправить допущенную ошибку, перейдя на машущий полет нли сев на воду. Планеристы вряд ли смогут освоить динамическое парение, так как этому искусству трудно научиться, не совершив множество опасных ошибок. глзах м Если нс учитывать локальное ускорение потока над гребнями волн, то необходимый ветровой градиент можно найти из неравенства (12.5.2).
Так, если воздушная скорость птицы равна 30 м/с (около 60 узлов), то, поскольку д = 9,81 м/с', ветровой градиент должен составлять -'/а м/с, а таких величин можно ожидать только в нижнем слое воздуха у поверхности моря, имеющем толщину -1О и. У альбатросов длинные, почти плоские крылья, обеспечивающие минимальное аэродинамическое сопротивление при больших скоростях полета (рис.
12.5.3). Они развивают гораздо бблыпую скорость, чем птицы, использующие термнкн или парящие в восходящих потоках в горах. Самым крупным птицам трудно махать крыльями вблизи поверхности моря. Кроме того, онн не могут взлететь, если нет достаточно сильного ветра, сравнимого по скорости с их оптимальной воздушной скоростью. Гигантский южный альбатрос выводит своих птенцов на отдаленных океанских островах. Чтобь взлететь, он сбегает вниз по наветренному склону. Эти птицы не живут в северном полушарии и вот почему.
Как указывалось выше, на невосходящсй части замкнутой траектории полета птица при динамическом парении теряет высоту, если не прилагает особых усилий, чтобы продвигаться против ветра. Я наблюдал альбатросов меньших размеров и других подобных птиц во время нх долгих путешествий за океанскими лайнерами «Джорджик» н «Фэрстар» при скорости 15— 20 узлов (-7,5 — 10 м/с) в безветренную погоду и против ветра, но, по-вндимому, они не в состоянии угнаться за судами типа «Куин Мэри», идущими со скоростью 29 узлов, иначе как используя восходящий воздушный поток, создаваемый судном. Поэтому птицы, в жизни которых главную роль играет динамическое парение, должны дрейфовать по ветру и, следовательно, совершать кругосветные путешествия, нигде ие пересекая сушу. Такая возможность есть только в южном полушарии, где дуют стабильные западные ветры.
Крупные альбатросы не могут жить на континентальных побережьях пли в тех местах океана, где бывают частые илн продолжительные периоды слабых ветров, при которых опи не могут парить. В Северном Ледовитом океане западные ветры имеют аптициклонические периоды, когда динамическое парение невозможно. Участки суши в водах, окружающих Антарктиду, наиболее крупными из которых являются Новая Зеландия, Южная Африка, оконечность 10жной Америки и о-в Южная Георгия, легко можно миновать. Летучие рыбы, которые пролетают по воздуху до полумили, также могли бы пользоваться динамическим парением, хотя маловероятно, что они это делают, так как их главная цель— оторваться от преследователей, а в этом случае лучше лететь в одном направлении. Однако они могут пользоваться этим при- АЭРОДИНАМИКА 11 ЖИВЫЕ ОРГАН!13МЫ емом, летя все время поч~и под прямым углом к направлению ветра: я видел, как это делают олуши.
С другой стороны, существует мнение, что летучие рыбы, находясь в воздухе, опускают хвост в воду и создают тягу, совершая им колебательные движения из стороны в сторону (см. цитированную работу Хенкина). 12.6. Пустынная саранча Пустынная саранча существует в двух фазах — одиночной и стадной. Одиночная саранча обычно пс представляет серьезной опасности. Стадная фаза отличается от одиночной н в физиологическом отношении. Одиночная саранча может превращаться в стадну1о, если ее скученность превышает некоторый предел. Существование одиночной фазы обеспечивает выживание вида в те периоды, когда цст условий для существования стай стадной саранчи. Когда многочисленные стаи саранчи захватывают большую территорию, говорят о нашествии пустынной саранчи.
Бедс'гане начинается после ливневых дождей над пустынными районами, такими, как Южная Аравия, если перед этим имелось достаточно много особей саранчи. Массовое, размножение происходит лишь после дождей в пустыне, что бывает довольно редко. Саранча представляет для нас интерес постольку, поскольку она помогае~ отзвонить па вопрос, каким образом вид, который значительную часть жизни проводит в воздухе, может использовать его течения простейшим способом.
Чтобы пошел дождь, воздух должен подниматься вверх, а зто значит, что должна иметь место горизонтальная конвергенция. Если особи саранчи летят на одной и той же высоте, но в произвольных направлениях, то при случайных течениях воздуха они будут рассеиваться на большей площади, а цри конвергенции — собираться вместе. На холодных фронтах конвергенция может быть очень сильной, так как теплый воздух вытесняется вверх холодным, и саранча в теплой воздушной массе собираегся с обширной площади, как будто ее сгребают лопатой.
После дождя стаи саранчи в огромном количестве откладывают яйца в песчаный грунт на глубину около 15 см, и если яйца остаются влажными, новое поколение саранчи отрождается чуть меньше, чем через три недели. Если дожди пе принесут необходимого количества влаги, то яйца высохнут н будут оставаться в песке, пока пе пройдет достаточно сильный дождь. После обильного дождя появляются буйные зеленые побеги, которые обеспечивают личинок саранчи пищей, обычно в отсутствие конкурентов. ГЛАВА 12 Появляющиеся на свет насекомые малы, бескрылы и называются личинками. Они собираются в калигулы и начинают двигаться вперед, постоянно меняя лидеров — в первые ряды все время выходят личинки со свежими силами, особенно если персдовые останавливаются кормиться. Саранча пожирает почти все съедобное, что попадается па пути калигулы. В некоторых районах, где достаточно много рабочей силы, роют траншеи и закапывают в пих личинок, как только они заполняются.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
