Тайна полёта птеродактиля: крылья бегущей волны

где Vверт — скорость снижения; при Vверт<

Длина крыла, м	Полная площадь крыльев, м2	Частота колебаний, Гц	Скорость бегущей волны, м/с	Крейсерская скорость полёта, м/с	Динамич. тяга, кг	Вес, для набора высоты 1:10, кг
2.0	2.56	2.4	1.92	1.44	0.75	6.75
2.5	4.00	2.3	2.3	1.73	1.68	15.1
3.0	5.76	2.2	2.64	1.98	3.21	28.9
3.5	7.84	2.1	2.94	2.21	5.40	48.6
4.0	10.24	2.0	3.20	2.40	8.34	75.1

Полученные цифры, казалось бы, не соответствуют техническим параметрам сверхлёгкой авиации. Действительно, в случае мёртвых крыльев дельтапланов и парапланов, при тех же полётных весах и тех же площадях крыльев требуются полётные скорости, в пару раз большие полученных нами. Но вспомним, что крылья бегущей волны работают в упорядоченно завихрённом воздухе — не только отталкиваясь от него, но на него и опираясь. Поэтому подъёмная сила крыльев бегущей волны, соответственно, больше. Если это увеличение подъёмной силы описать множителем, равным тройке — как и увеличение динамической тяги, см. выше — то наши оценки оказались бы вполне разумными… если бы не ещё одно обстоятельство.

Вспомним: кондор, при собственном весе 15 кг, способен нести в воздухе дополнительный груз в 40 кг. В принципе, кондор смог бы лететь при собственном весе 50 кг. Но такой полёт требовал бы предельного напряжения сил. Существо, которому постоянно приходилось бы надрываться — явно находилось бы не в своей стихии. Неспроста кондор, как мы видим, имеет почти трёхкратный «запас прочности»! Так вот: наши оценки получены для технически предельных режимов полёта. Эти режимы, теоретически, возможны — но, на практике, птеродактилям был жизненно необходим какой-либо «фокус», позволявший им летать не на пределе своих возможностей.

Такой «фокус» мы усмотрели после того, как обратили внимание — у птеродактилей не было ни руля поворота, ни рулей высоты, ни элеронов! Как же они управляли своим полётом? Чтобы выполнить поворот, птеродактиль мог бы ослаблять натяжение перепонки на крыле с той стороны, в которую требовалось повернуть. Этот приём уменьшал бы тягу крыла и его подъёмную силу. Асимметрия тяги крыльев вызывала бы поворот, а для компенсации асимметрии подъёмных сил крыльев птеродактиль мог бы заваливать голову в сторону, противоположную повороту. Что же касается руля высоты, то на малых скоростях он всё равно был бы неэффективен, поэтому управление по тангажу, на наш взгляд, могло обеспечиваться лишь в небольшом диапазоне отклонений вектора полёта от горизонтальной плоскости — сдвигами центровки через смещения головы назад или вперёд. Как можно видеть, возможности для пилотажа у птеродактиля были более чем скромные. Если порыв ветра накренил бы набравшего высоту птеродактиля, то он уже не смог бы вернуться в свой горизонтальный полёт!

Спрашивается: зачем было птеродактилям набирать высоту, если это было для них смертельно опасно? Полёт же на сверхмалой высоте оправдан лишь на огромных открытых пространствах с ровной горизонтальной поверхностью. Напрашивается вывод: птеродактили были приспособлены к полёту на предельно малой высоте над морской гладью! И тогда «фокусом», облегчавшим такой полёт, наверняка являлся экранный эффект, благодаря использованию которого летают экранопланы (см., например, [6,7]) — оптимальная высота полёта при этом составляет примерно половину характерной ширины крыла. Вот почему птеродактилям были не нужны элероны: сгущение воздуха между крыльями и водной поверхностью автоматически отрабатывало возмущения по крену, в том числе при поворотах (см. выше). По-видимому, птеродактили охотились на рыбу и других обитателей моря, с подлёта хватая жертву своими зубастыми клювами — «пикирование» в воду с метровой высоты было, технически, совершенно безопасно. Да и взлёт с воды — на скорости 2-3 метра в секунду — не должен был представлять собой проблему. Такую взлётную скорость птеродактиль мог бы набрать, пуская бегущую волну, с уменьшенной амплитудой, по распростёртым на воде крыльям — отталкиваясь при этом не от воздуха, а от воды (сравните: шестиметровая рыба-меч, пуская по своему телу бегущую волну, движется в воде со скоростью до 120 км/час). В итоге вырисовывается дивная картина крадущегося полёта птеродактиля — сверхнизкого и сверхмедленного, на крыльях бегущей волны, эффективность работы которых увеличена за счёт экранного эффекта. Такой полёт, с технической точки зрения — это редкостный шедевр!

И, несмотря на очень узкую полётную специализацию птеродактиля, налицо неоспоримое преимущество: по сравнению с птичьими крыльями, крылья бегущей волны способны держать в воздухе гораздо больший вес, да ещё при гораздо меньшем отношении массы полётных мышц к общей массе тела. Позволим себе выразить надежду на то, что окажется возможным создать летательный аппарат, у которого полёт будет основан на вышеописанных принципах — и который сможет нести существенную полезную нагрузку.

Автор весьма признателен К.Гумерову за постановку задачи, за адреса информационных ресурсов, и за полезное обсуждение.

Ссылки.

[1] А.А.Гришаев, А.А.Гришаев-старший. Секрет машущего полёта птиц. — Доступна на данном сайте.

[2] Энциклопедия для детей. Т.2, Биология. М., «Аванта+», 1999.

[3] http://forum.izmaylovo.ru/index.php?s=a06d77986ce0e785e484c1389ee6a566&automodule=blog&blogid=33&showentry=577

[4] www.pterosaurier.de/psp-foto.htm

[5] Л.Прандтль. Гидроаэромеханика. Ижевск, НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2000.

[6] www.airforce.ru/aircraft/miscellaneous/ekranoplans/index.htm

[7] www.airwar.ru/enc/sea/orlenok.html

Источник: http://newfiz.narod.ru

Поступило на сайт: 22 апреля 2009.