Читаем Секрет машущего полёта птиц полностью

Вот этот секрет. Стержень махового пера утончается в направлении к кончику, и на кончике практически сходит на нет. Поэтому, чем ближе к кончику, тем больше гибкость махового пера. Это свойство приводит вот к чему: из-за сопротивления воздуха маховым движениям, кончики маховых перьев изгибаются в сторону, противоположную направлению маха. То есть, задние части крыльев, составленные из кончиков маховых перьев, работают как гибкие закрылки — которые, при махе крыльями вниз, пассивно отгибаются вверх, и наоборот. При этом, как можно видеть, именно гибкими закрылками машущие крылья “отмахивают” воздух назад. На наш взгляд, это и порождает реактивную силу, толкающую птицу вперёд. Каков курьёз: крылья птиц отмахивают воздух по хорошо известному принципу гибкого дамского веера, зачастую сделанного из… длинных птичьих перьев!

В пользу того, что птицы создают тягу, отмахивая воздух гибкими закрылками, можно привести ещё такие примеры. Зимородок, перед отвесным пикированием за рыбёшкой, имеет обыкновение неподвижно зависать в воздухе. В режиме этого зависания, корпус птички держится почти вертикально (хвостом вниз), и, соответственно, крылья совершают машущие движения не вверх-вниз, как при горизонтальном полёте, а вперёд-назад. При этом гибкие закрылки отмахивают воздух вниз, из-за чего и возникает реактивная сила, удерживающая птичку от падения. Такую технику неподвижного зависания “на вертикальной тяге” демонстрируют многие птицы, включая крупных морских, тоже добывающих рыбу с отвесного пикирования. А непревзойдёнными виртуозами “вертикальной тяги” являются, конечно, колибри, которые владеют искусством непринуждённого перемещения в воздухе в любом направлении, не разворачиваясь — что с успехом практикуется при поочерёдном облёте цветков, из которых эти птички, зависнув в воздухе, пьют нектар. Интересно, что маховые пёрышки колибри настолько гибкие, а машет крылышками она так часто, что, при замедленном просмотре, пассивные отгибания маховых пёрышек обычно принимаются за активные выворачивания крылышек!

Возвращаясь к обычному машущему полёту с горизонтальной тягой, добавим, что, как правило, дизайн птичьих крыльев и режим их работы настолько хорошо согласованы, что эффективно гасится вертикальная болтанка корпуса птицы, противофазная машущим движениям, и в результате птица летит “по струночке”. Одним из механизмов гашения вертикальной болтанки корпуса является, на наш взгляд, пассивное варьирование подъёмной силы крыльев благодаря всё тем же гибким закрылкам. Действительно, при махе крыльями вниз, когда гибкие закрылки загнуты вверх, подъёмная сила крыльев оказывается немного уменьшена, что и гасит “отдачу” корпуса вверх; при махе крыльями вверх всё происходит прямо противоположным образом. Следует признать, что речь идёт об изумительном инженерном решении: на основе гибкости маховых перьев решены сразу несколько технических задач!

Добавим, что в живой природе имеются и другие, весьма специфические применения принципа машущих крыльев с гибкими закрылками. Так, пингвины — это птицы, которые на этом принципе “летают под водой”. Не забудем и про летучих мышей, у которых крылья устроены иначе, чем у птиц, но принцип полёта — всё тот же.

А вот экспериментальные махолёты с жёсткими крыльями, на наш взгляд, не имитируют птичий полёт. Секрет машущего полёта птиц — в гибких закрылках. При полёте в оптимальном силовом режиме, машущие движения требуются лишь для создания тяги, возникающей при “отмахивании” воздуха назад гибкими закрылками. Что же касается подъёмной силы, то она обеспечивается не машущими движениями, а — как и при планирующем полёте — положительным эффективным углом атаки, благодаря которому, при достаточной скорости обтекания, над крылом воздух разрежается, а под крылом он уплотняется, что и порождает перепад давлений. Причём, почти постоянный положительный угол атаки, при машущих движениях, в значительной степени обусловлен той особенностью сочленения птичьих крыльев с корпусом, из-за которой машущие движения выполняются не строго ортогонально линии полёта, а вниз-вперёд и вверх-назад. И вот ещё что важно. У птиц, приспособленных не к планирующему полёту, как альбатрос, а именно к полёту машущему, гибкие закрылки обычно прорежены. Для формирования такого “разрезного крыла”, оконечные участки опахал маховых перьев бывают даже специально заужены. Конечно, это делается неспроста. На тех скоростях обтекания, которые достижимы при машущем полёте, воздух ведёт себя как среда с малой вязкостью. И, если гибкие закрылки были бы сплошными, то они порождали бы сильные завихрения, что снижало бы энергетическую эффективность полёта. Разрезное же крыло, очевидно, снижает силу завихрений до приемлемого уровня.