Бионика: подсказано природой
Шрифт:
Природа дает возможность наблюдать за такого рода полетами и сегодня. В Восточной Индии обитает летучий дракон – небольшая ярко окрашенная ящерица. По бокам у нее расположено несколько так называемых ложных ребер, между которыми имеются кожистые складки. В покое ребра прижаты к телу и ящерица ничем не отличается от своих бескрылых соплеменниц.
Однако при прыжке летающего дракона с дерева, к примеру, за бабочкой, его ребра-крылья расправляются так же, как натягивается ткань раскрывающегося зонтика стальными спицами. Теперь дракон может превосходно планировать. Добавим, что в теле этой ящерицы имеются полости, наполняемые во время прыжка воздухом, а длинный хвост служит рулем.
А теперь попробуйте представить, как расправляют свои крылья летучие мыши, белки-летяги, как некоторые лягушки во время прыжков раздвигают пальцы лапок с кожными перепонками. Все это – живые аналоги парашютов и дельтапланов.
Но оказывается, существуют еще и «летающие»… змеи! Они были обнаружены на одном из архипелагов у побережья Австралии. Забравшись на двадцатиметровую пальму, змеи бросаются оттуда в горячий песок. Вот и верь теперь словам «Рожденный ползать – летать не может!»
Может ли человек летать?
В конце предыдущего рассказа мы чуть-чуть слукавили, поставив в один ряд столь разных «летунов». Дело в том, что ни белка, ни лягушка, ни тем более змея не обладают способностью к полету с помощью взмахов своих перепонок, а летучая мышь наделена ею. Это принципиальное различие. Ведь просто планировать может, скажем, листок с дерева, а «парашютировать» – семя одуванчика. Управлять спуском уже намного сложнее, для этого надо «рулить» или «ловить» восходящие воздушные потоки. Вершина же искусства полета – умение создавать самостоятельную тягу, обеспечивающую и выбор направления движения, и его продолжительность.
Миллионы лет эволюции привели к созданию не только перепонок, но и настоящих крыльев. Причем у их владельцев – птиц – полету способствуют и легкие пустотелые кости, и специальные воздушные мешки для облегчения веса, и форма скелета, и перья, создающие при взмахах тягу и управляющие маневрами.
Владимир Евграфович Татлин (1885–1953) – российский изобретатель и художник. Работал над конструкцией орнитоптеров – летательных аппаратов с машущими крыльями, имитирующими движения птицы. Создал с учениками «Летатлин» – махолет с размахом крыльев 8 метров, в который вложил свою мечту о человеке-птице.
Нужно ли удивляться тому, что полет птиц вызывал нестерпимую зависть у человека? Возможность парить, перелетать с места на место, наслаждаться ощущением воли и простора…
Не счесть попыток создать орнитоптеры-махолеты по образу и подобию птиц, а порой и летучих мышей. Сохранились рисунки Леонардо да Винчи с изображением перепончатых крыльев, взятых за образец для махолета, известны легенды о попытках взлететь или хотя бы спланировать с помощью укрепленных на руках крыльев.
В большинстве случаев удача не улыбалась испытателям, такие полеты часто оканчивались трагически. В конце XIX века немецкий инженер Отто Лилиенталь научился держаться в воздухе непродолжительное время на парусном летательном аппарате. Но до машущего полета было еще далеко, а сам Лилиенталь погиб во время одной из очередных попыток взлететь…
Вскоре начались испытания первых самолетов – транспортных средств, оснащенных неподвижными крыльями и мотором, способных держаться в воздухе без мускульной силы человека. Вроде бы махолеты были теперь ни к чему.
Но вот парадокс: если рассчитать, сколько груза на единицу затрачиваемой энергии можно поднять при машущем полете и с помощью современного самолета, выиграет махолет. Это человеку не суждено вознести самого себя в воздух с помощью крыльев. А машине? Овладение машущим полетом принесло бы ощутимую пользу воздушным перевозкам. Поэтому попытки технически воплотить выверенное природой изобретение не прекращались и после создания самолетов.
Не прекращаются они и сегодня…
Что помогает насекомым порхать?
«Самым лучшим подарком были прозрачные крылышки, совсем как у стрекозы. Их привязали Дюймовочке на спину, и она тоже могла теперь летать с цветка на цветок». Помните эту сказку Андерсена?
Николай Егорович Жуковский (1847–1921) – российский ученый, основоположник современной гидро- и аэромеханики. Стремился за внешним несходством животных и машин увидеть общие принципы их движения. Блестяще решил сложные проблемы полета в работе «О парении птиц». Дал образец теоретического подхода к изучению биологических систем.
Большое внимание ученых, в том числе биомехаников, издавна привлекали полеты насекомых. Эти существа могут летать в любом направлении, делать резкие повороты и зависать на месте, совершать маневры, недоступные самым современным реактивным самолетам. А вертолет? – скажете вы. Но разве возможно на вертолете порхать, делать столь же точные подлеты, как бабочки – к цветкам, и садиться на абсолютно неблагоустроенных площадках?
Выдвигающиеся крылья кузнечиков и жуков, грузоподъемность пчел и шмелей, виражи стрекоз – все поражало, но оставалось непонятным. Самым обидным было то, что с помощью обычной аэродинамики – науки, применяемой при расчетах движения самолетов и вертолетов, – понять, как насекомым удается летать, оказалось невозможно. Например, даже тщательный анализ не мог объяснить их высокую подъемную силу. А не разобравшись в этом, нельзя ничего позаимствовать.
Однако в последнее время в изучении движения этих крылатых существ наметились сдвиги. Исследователи с помощью аэродинамической трубы наблюдали за полетом крупной моли. Размах ее крылышек достигает 10 сантиметров, а частота взмахов – 26 раз в секунду. В опытах с помощью струек дыма удалось обнаружить крошечные воздушные вихри, которые вились по крыльям моли, как маленькие смерчи.
Оставалось неясным, почему возникают такие спиральные потоки. Чтобы изучить процесс в деталях, нужно было найти еще более крупное насекомое. Но где взять подобных «великанов»? Пришлось создать механическую «моль»!