Модели самолетов

Недаром говорят, что человека в его высшем стремлении оторваться от земли и покорить небо воодушевляли летающие существа, приспособленные к такому способу существования. Он их внимательно изучал, подражал им, а в последнее время превзошел совершенством техники воздушного полета.

В отличие от океана, где удерживаться на поверхности легко, а продвигаться трудно (дельфины, рекордсмены морей, едва проходят 50 км/час), в воздушном океане, держаться труднее, но продвигаться легче; это происходит оттого, что плотность воздуха меньше плотности воды. Птицы, как и другие существа, чтобы подняться и удержаться в воздухе, должны сделать усилия, тогда как сам-полет протекает легко и очень часто скорость достигает более 100 км/ч.

Имеются три группы летающих существ: насекомые, птицы и летучие мыши. Все они летают с помощью одинаковых органов - крыльев, но их строение и метод функционирования различны.

Все летающие тяжелее воздуха, а держатся они в воздухе благодаря движениям крыльев. У них, как и у рыб, имеются приспособления для облегчения полета. Насекомые пронизаны сетью мелких канальцев, называемых дыхательными трахеями, которые делают их легче, а у птиц имеются воздухоносные кости и воздушные мешки. Несомненно, самыми приспособленными для полета существами являются насекомые. У них имеются две пары крылышек, из которых только одна пара служит для полета (например, у жесткокрылых передние крылья жесткие, они называются надкрыльями и не рассекают воздух). Крылышко насекомого представляет собой мембрану, пронизанную в разных направлениях утолщениями, служащими в качестве нервюр. Поэтому крылышко при рассекании воздуха не ломается. При выполнении полета насекомые расходуют огромную энергию, которая дает возможность осуществлять чрезвычайно быстрые движения крылышками. Такие движения можно уловить лишь специальными киносъемочными аппаратами, способными регистрировать 2000-3500 кадров в секунду. При помощи видеокамер, например, было установлено, что бабочка капустница (Pieris) машет крылышками 5-10 раз в секунду, стрекоза (Aeschna) - 20-30 раз, шмель (Bombus) - 123-233 раза, обыкновенная муха (Musca) - 147-220 раз, пчела (Apis) - 240-260 раз, комар (Chironomus) - 196-494 раза.

Откуда же у насекомых столько энергии, если учесть, что взлетают они почти всегда мгновенно? Источником энергии является глюкоза, которую насекомые получают с помощью определенного фермента в результате разложения животного крахмала, гликогена. Такой фермент существует в активной и пассивной форме. Мгновенное преобразование одной формы в другую создает энергию, используемую для взлета. Когда насекомые находятся в покое, в их мышцах накапливается гликоген, а когда они начинают махать крылышками, равновесие между двумя формами ферментов нарушается, в результате чего гликоген мгновенно преобразуется в глюкозу. Анализ фермента, обнаруженного исследователями из Балтиморы (США), показал, что он специфичен для этих существ и что насекомые являются самыми совершенными "летательными аппаратами".

О некоторых насекомых можно сказать, что они "экономно" расходуют горючее. Например, пчела, собирающая нектар на расстоянии 3 км от улья, расходует самое большое 0,00035 г сахара, а приносит в улей примерно 0,02 г нектара. Если допустить, что концентрация сахара в нектаре 20%, то это количество равно 0,004 г чистого сахара. Следовательно, если пчела летает на расстояние 3 км, то полет ее рентабелен, так как расход горючего в форме сахара не превышает 9% от груза.

Движение крылышка насекомого является сложным и трудно поддается изучению. Крылышко рассекает воздух сверху вниз, но в то же время оно движется вперед-назад, выполняет гребные движения таким образом, что вверх крылышко идет не развернутым, а боком. Работая крылышками в разных направлениях по отношению к корпусу тела, насекомые могут регулировать полет таким образом, чтобы крылышки служили им при взлете или в полете. Изменения положения крылышек насекомых во время полета подсказали авиаконструкторам создание самолетов "с изменяемой геометрией крыла", что явилось новым достижением авиационной техники.

При внимательном наблюдении за строением двукрылых насекомых (мухи, комары, пчелы, шмели и другие) можно заметить два тонких крылышка, которые расположены позади самих крыльев и связаны с корпусом тела насекомого тонкой ножкой. Речь идет о вибраторах, которые постоянно работают во время полета. Наружный кончик каждого крылышка движется по дугообразной траектории. Тенденция к такому движению сохраняется и тогда, когда изменяется направление полета. В это время ножка растягивается и мозг насекомого побуждает изменить направление и управляет действием мышц, направляющих движение крылышек.

Принцип действия такого устройства был использован конструкторами при создании нового типа гироскопа - чувствительного и незаменимого устройства, являющегося частью системы управления кораблей, самолетов и ракет. По модели "естественных" вибраторов были созданы совершенны высокочувствительные гироскопические устройства. Подобным устройством является и указатель виражей сверхзвуковых самолетов.

Полет насекомых, особенно стрекоз, сопровождается вредными вибрациями, похожими на так называемые явления "флаттера", которого особенно боятся авиаконструкторы. У высокоскоростных самолетов такие вибрации могут достигать опасной интенсивности, вызывая трещины и Даже поломки крыльев. На протяжении многих лет специалисты безрезультатно искали средства для устранения такого дефекта, жертвами которого стали сотни летчиков-испытателей. Внимательное изучение строения крылышек стрекозы подсказало выбор наилучшего решения. На протяжении веков природа постоянно совершенствовала устройство для устранения опасных вибраций. Каждое крылышко стрекозы имеет маленькое хитинное утолщение темного цвета на переднем крае конца крылышка, называемое "птеростигмой". Механическая роль такого устройства в регулировании вибраций крыла была проверена экспериментально. Если бы значение птеростигмы было обнаружено раньше, то можно было бы избежать многих неудач. В настоящее время крылья любого сверхзвукового самолета оснащены на конце переднего края, как у стрекозы, своего рода птеростигмой, устройством в форме спаянных свинцовых пластинок, которые окончательно устраняют нежелательные вибрации.

Хотя вдохновением для человека послужили законы природы, осуществил он воздухоплавание по-другому: летательные аппараты не машут крыльями, а летят либо с помощью пропеллера, который врезается в воздух, либо благодаря силе выброса газов или воздуха из реактивного двигателя.