Использование животными для полета. благоприятного влияния экрана

Давно замечено, а с развитием сравнительно новой науки (био­ники) окончательно установлено, что преимущество околоэк — ранного полета, повышающего аэрогидродинамическое качество, Довольно широко используют летающие животные — птицы н летучие рыбы. Природа значительно опередила технику в своем развитии. Представляют интерес основные выводы, к которым пришел в результате длительного изучения данного вопроса со­ветский бионик А Б. Кистяковский.

Наблюдения позволили становить, что летучие рыбы при разгоне по поверхности воды сильными движениями хвостового плавника развивают скорость, достаточную для частичного
выхода тела из воды. Передняя часть туловища поднимается и грудные плавники расправляются, образуя большие несущие по­верхности. На данной стадии полета движителем служит ниж­няя часть лопасти хвостового плавника, а его верхняя часть и все тело движутся над водой. В отлнчие от грудных плавников брюшные остаются прижатыми к телу, что способствует сниже­нию сопротивления движению. Таким образом, на этапе разгона движение летучей рыбы напоминает полет экранопланов с водя­ным винтом, т. е. аппаратов типа KAG-3, В. Корягина и др.

Достигнув скорости движения около 15—20м/с (54—72км/ч), рыба распускает и брюшные плавники и, оторвавшись от воды, переходит к планирующему полету, обычно над самой поверх­ностью воды, следуя за изгибами волн.

Тело, несущие плоскости (грудные плавники) и хвостовой плавник летучих рыб в результате длительной эволюции оказа­лись весьма хорошо при­способленными к выпол­нению указанных функ­ций. При рассмотрении этих рыб (рис. 1) броса­ются в глаза не только необычайно развитые грудные плавники, по­ставленные высоко к спи­не, но и несимметричная форма хвостового плав­ника с длинной нижней частью, обеспечивающая создание упора при движении рыбы над поверхностью воды.

Очень многие птицы также используют водный экран для своего полета. Весьма низко над поверхностью воды, т. е. в зоне благоприятного действия экрана, летают различные виды во­робьиных, кулики, чайки, гагары, поганки, утки, бакланы, лебеди и другие птицы.

«Машущий» полет птиц над экраном может быть пропелли — рующим (так летают, например, чайки), трепещущим, или вы­сотным, характерным для воробьиных, и переходным между этими видами полета, свойственным уткам. На некоторых отрез­ках полета птицы нередко летят на неподвижных крыльях, по­добно летучим рыбам. Это показывает, что использование экрана не представляет каких-либо особых затруднений и доступно при разном приспособлении к полету.

Практически интересны данные об относительной высоте по­лета животных вблизи экрана, т. е. высоте, отнесенной к средней ширине крыла или к размаху крыльев. К сожалению, из-за тех­нических трудностей специалистам пока что не удалось изме­рить точные параметры этого полета для сравнения его с обыч­ным движением животных. Установлено только, что при полете птиц над водным экраном в штиль высота полета бывает мини­
мальной н концы крыльев (маховые перья) во время взмахов не достигают поверхности воды на несколько миллиметров. Это на­блюдалось даже при волнах высотой 20—25 см.

Отмеченное обстоятельство полностью согласуется с извест­ным фактом, что эффект влияния экрана зависит от относитель­ной высоты полета и с уменьшением ее значительно возрастает.

Амплитуда взмахов крыльев над экраном несколько меньше, чем обычная, а частота взмахов остается той же или немного увеличивается, что также объясняется бессознательным стрем­лением животного наиболее полно использовать благоприятное влияние экрана путем снижения высоты полета. Скорость полета птиц вблизи экрана заметно увеличивается, по-видимому, вслед­ствие уменьшения сопротивления полету за счет падения индук­тивного сопротивления крыла.

О положительном влиянии экрана говорит также тот факт (кстати, иногда наблюдаемый охотниками), что птица с повреж­денным крылом, быстро теряющая высоту, при приближении к экрану нередко восстанавливает горизонтальный полет н про­должает его достаточно долго.

Наблюдения за полетом птиц над экраном позволили устано­вить следующие его особенности. Подъемная сила прн машущем полете птиц над экраном создается не только положительным углом атаки движущегося крыла, но н активной подкачкой воз­духа взмахами крыла. В результате птица представляет собой как бы комбинацию экраноплана и судна на воздушной подушке (аппараты Д. Уорнера, У. Бертельсона, VRC-1 и др.).

Предельное приближение концов крыльев к поверхности воды без касания ее оказывается возможным благодаря большой гиб­кости и эластичности маховых перьев. В случае приближения машущего крыла к экранирующей поверхности давление на его нижнюю поверхность возрастает в такой степени, что удар по воде оказывается просто невозможным: маховые перья отгиба­ются вверх и одновременно подъемная сила настолько возра­стает, что птица как бы подбрасывается и не может коснуться воды даже при волнах.

В то же время полет птицы вблизи экрана связан и с опреде­ленными трудностями: для подобного полета характерна пони­женная маневренность, вследствие чего большинство птиц летит над экраном только прямолинейно. Если на трассе их полета встречается какое-либо препятствие, они отрываются от экрана, поднимаются на несколько метров вверх и, лишь обогнув его, снова снижаются к поверхности воды. Эта особенность полета вблизи опорной поверхности была подмечена при испытаниях уже первых экранопланов Т. Каарио, У. Бертельсона н др. Позд­нее на иее неоднократно указывали и другие создатели подоб­ных аппаратов (А. Липпиш). Объяснение ее следует искать в том, что на циркуляции сложно н опасно создавать необходи­мый крен для парирования скольжения экраноплана.

Замечено также: птицы летают над экраном только прн встречном ветре, несильном боковом н в штиль н крайне редко используют благоприятное влияние опорной поверхности при попутном ветре. Достаточно убедительного объяснения этому явлению специалисты пока не нашли. Приведенные данные поз­воляют считать, что работы биоников по изучению околоэкран — ных полетов различных животных могут оказать существенную помощь в дальнейшем совершенствовании рассматриваемых аппаратов.