Мы уже привыкли к тому, что воздушный океан бороздят реактивные лайнеры, расстояния между материками теперь измеряются часами полёта, но до сих пор мечта о собственных крыльях будоражит воображение поэтов и художников, а парение орла в тишине горных вершин притягивает взор. И до сих пор на вопрос, почему мы не летаем как птицы, нет ответа.
И всё таки, сможет ли человек летать, как птица? Хватит ли сил махать крыльями, чтобы создать необходимую силу тяги и подъёмную силу. Как эти две силы сочетаются в машущем крыле, как эти две силы объединяются при вертикальном взлёте птиц и разделяются при переходе в горизонтальный полёт?
Постараюсь ответить на эти вопросы в этой статье.
Я не буду вдаваться в пространные рассуждения о том, как получается подъёмная сила в крыле самолёта. Это уже давно не секрет и информацию об этом всегда можно легко найти. Так же не трудно найти и то, как получается тяга в воздушном винте. Но хочу обратить внимание лишь на тот факт, что всё это производные от тех же принципов и законов аэродинамики, которые скомбинированы в птичьем крыле.
Птицы это вершина эволюции летающих существ и конструкцию их крыльев, она довела до совершенства. Поэтому в этой статье я не буду приводить примеры с другими видами летающих животных, рукокрылыми и насекомыми.
На верхнем фото видно, как расположены перья на конце крыльев орла. Это пропеллирующие перья. Именно они толкают крыло вперёд когда орёл делает даже незначительные взмахи. И даже когда он не делает взмахи крыльями, различные завихрения и пульсации в атмосфере которые с разных направлений ударяют в перо оно преобразует эти турбулентности в силу тяги.
Всё дело в строении пера, его форме и упругих свойствах.
Очин пера находится в упруго вязкой кожистой сумке в кистевой части крыла. И если провести ось вдоль очина, окажется, что вся площадь пера находится с одной стороны этой оси, а концевая часть вообще отодвинута от этой оси на две-три ширины пера (хорды). Поэтому, когда происходит мах крылом, возникает поворачивающая сила и перо, как флюгер стремится повернуться на некоторый угол, на сколько позволяет упругая часть сумки в которой находится очин пера.
Но и само перо, также имеет свойство упруго скручиваться, под действием напора воздуха при махе крыла. Таким образом возникают углы атаки пера, которые обеспечивают отклонение потока встречного воздуха и получается сила тяги. Точно так же как это происходит у пропеллера самолёта.
Когда крыло останавливается в каком то крайнем положении, перо под действием сил упругости самого пера и сумки очина возвращается в исходное положение, а когда крыло начинает мах в обратную сторону, происходит и изменение положения пера и оно снова работает как пропеллер, но с обратной круткой но с той же силой тяги и в том же направлении.
Это всё относится к концевой, пропеллирующей части крыла птицы.
Средняя часть крыла так же частично создаёт тягу, но берёт на себя функцию и по созданию подъёмной силы.
Есть конечно птицы у которых и нет такого веера перьев, но это большей частью у птиц со скоростным, активным типом полёта например у уток.
Их крылья отличаются тем, что концы крыла имеют узкую заострённую форму в плане, и значительно большую нагрузку на площадь. Поэтому парить они не умеют, зато благодаря небольшим крыльям могут быстро взлетать с воды. А вот для гусей, с их довольно таки большими крылями это достаточно затруднительно, поэтому они взлетают с воды с разбегом.
При махах корневая часть крыла в создании тяги не участвует потому, что скорость перемещения вверх, вниз у неё не значительна, поэтому несёт только функцию создания подъёмной силы от набегающего потока воздуха.
Но это при горизонтальном взлёте с разбегом. Это считается самым экономичным способом взлёта, и многие тяжелые птицы с большим размахом крыльев его используют. Труднее всего приходится альбатросам, с их размахом крыльев более 3 метров. Поэтому ни о каком вертикальном, взлёте говорить не приходится.
Все вертикально взлетающие птицы имеют короткие, но широкие крылья. семейство воробьиных, голуби. А лесные птицы, имеют ширину крыла практически равную длине, а хвост у них имеет почти такую же площадь как и одно крыло. Потому что при вертикальном способе взлёта хвост, кроме стабилизации положения тела, ещё и даёт значительный прирост подъёмной силы.
И так мы подошли к к главному первому вопросу. Хватит ли человеческих сил для полёта с машущим крылом?
То что мускулолёты самолётного типа, с винтом и крыльями большого размаха уже давно и вполне успешно летают, я думаю что уже известно многим читателям. И по всем расчетам мощности 250-300 ватт, которые может длительно развивать достаточно тренированный и здоровый человек, теоретически должно хватать для мащущего полёта. И это в общем то подтверждается и экспериментами Владимира Топорова с его четырёх крылым "Джордано"
После взлёта на буксире тросиком и отцепе, полёт в режиме махания происходил на одной высоте, в течении минуты, на сколько сил хватало. потом шло снижение.
Так же это подтверждается полётом махолёта в Торонто с вело приводом и тросовой передачей маховых колебаний консолей крыльев.
Разгон и взлёт производился тросом, буксировкой за автомобилем. После набора высоты в несколько метров пилот отцепился и начал махать крыльями, преодолев на одной высоте около 200 метров.
Из всего этого, можно сделать вывод, что машущий полёт с помощью только силы мышц тела человека возможен!
Появятся новые, более прочные и лёгкие материалы, более рациональные конструкции, и мечта человека о машущем полёте осуществится и аппарат взлетит самостоятельно только с использованием силы мышц человека.
Кто то спросит,-" А зачем всё это нужно?" Я отвечу так.
А зачем мы вообще живём на этом свете? Разве только для того, чтобы сладко поспать и вкусно поесть? Наверно для какой то части человечества больше ничего и не нужно. Но я и пишу это не для них. А для тех, кто стремится вверх, к вершине Эвереста, в глубины пещер, достигает невиданных спортивных высот. Для тех в ком есть божеская творческая искра, кто хочет решить сложнейшую техническую задачу века, сравнимую с полётом в космос. Удачи всем. Ищите и обрящете!
В следующей статье, я напишу о ещё одном пути осуществления полёта с машущим крылом, который показал нам ещё в 19 веке русский изобретатель Константин Яковлевич Данилевский.