Изучая строение крыльев птицы, их оперение, в частности маховых перьев, я пришел
к следующему выводу: при опускании крыла (махе) происходит продольное обтекание его
нижней поверхности, направленное от вершины к корню (см. изобр. 1), замедляющее
скорость поперечного потока под крылом (от передней кромки к задней) в результате
увеличивается разность скоростей обтекания верхней и нижней поверхностей поперечного
профиля крыла, за счет чего подъемная сила на машущем крыле оказывается б[ch8057]льшей, чем
на таком же, но жестко закрепленном.
Это предположение я проверял следующими способами:
1. Крепил под одним из крыльев птицы (за кистевой частью крыла) рамку с
перегородкой, препятствующей прохождению продольного потока (см. изобр. 2). В
результате на крыле с перегородкой подъемная сила была меньше, чем на другом и
птица переворачивалась вокруг своей продольной оси.
С пустой рамкой, без перегородки птица летала нормально, т. е. собственно рамка
работе крыла не мешала (см. изобр. 3).
2. Продувал плоскость с выпукло-вогнутым профилем большой толщины и кривизны с
ребрами на нижней поверхности, отклоняющими поток под плоскостью в продольном
направлении, от концов к середине профиля (см. изобр. 4) и ту же плоскость, но без
ребер, при тех же режимах (угол атаки, скорость потока воздуха одинаковы). С
ребрами подъемная сила оказывалась больше примерно на 40%.
3. Из поволоки, обтянутой пленкой, изготовил подобие крыла птицы — плоскость
вогнутой ложкообразной формы с укрепленными на нижней поверхности ленточками
для индикации направления воздушного потока. При совершении этой плоскостью
движений, имитирующих машущие движения крыла птицы, ленточки отклонялись по
направлению к корню крыла, что указывает на наличие продольного воздушного
потока под крылом от вершины крыла к корню во время опускания крыла (маха) (см.
изобр. 5)
Основываясь на этом предположении, мне представляется вполне работоспособной
схема махолета с ножным приводом (см. изобр. 6) (схема принципиальная, для изготовления
реальной конструкции необходимо выдержать ещё ряд условий).
Крылья попарно жестко соединены между собой и имеют возможность качаться на
общей оси. Вершина правого переднего и левого заднего крыла соединены общей гибкой
тягой со ступней правой ноги, левого переднего и правого заднего — со ступней левой ноги.
При опускании одной из ног, например правой, опускаются правое переднее и левое заднее
крылья, левое переднее и правое заднее крылья, соответственно, поднимаются, при
опускании левой ноги совершается маховое движение (опускание) левым передним и правым
задним крылом и т. д.
Усилие, необходимое для опускания крыльев, в приведенной выше схеме,
пропорционально разности Fподъемн. на опускающихся и поднимающихся крыльях. Тяги,
опускающие крылья, крепятся близко к вершинам крыльев, что увеличивает плечо, а, значит,
и уменьшает усилие, необходимое для опускания крыла и в целом оно составляет около 40%
полетного веса.
У птиц сухожилия (тяги) грудных мышц, опускающих крылья, крепятся очень близко
к основанию крыла, значит, и плечо очень мало (см. изобр. 1) и для опускания каждого крыла
приходится преодолевать Fподъемн. равную 0,5 веса птицы, а в целом, усилие необходимое для
опускания обоих крыльев, требуется в 4 раза больше веса птицы, что в 10 раз больше, чем в
схеме, приведенной на изобр. 6.
Дополнение к вышесказанному.
1. Как известно, на плоскости с аэродинамическим профилем (рис.1) Fподъемн. создается,
в основном, из-за повышения скорости обтекания, а, значит, уменьшения давления
(разрежения) над верхней поверхностью профиля, нижняя поверхность в создании
Fподъемн. участия практически не принимает.
На плоскости же, совершающей маховые движения (рис. 2), в результате образования
под нижней поверхностью продольного обтекания, поток воздуха, обтекающий низ
плоскости от передней кромки к задней, замедляется, а, значит, увеличивается давление под
ней, т. е. в создание Fподъемн. включается и нижняя поверхность. Поэтому на машущем крыле
подъемная сила больше, чем на неподвижно закрепленном, при прочих равных условиях.
2. Маховые перья птиц имеют строение, показанное на рис. 3.
Как видно из рисунка, одна сторона лопасти значительно шире другой. В крыле перья
располагаются таким образом, что широкая сторона лопасти обращена к туловищу
птицы и накладывается снизу на ость пера, расположенного ближе к туловищу (рис.
4).
Такое расположение маховых перьев способствует беспрепятственному прохождению потока
от вершины крыла к корню, и является еще одним подтверждением моего предположения.
Предполагаю также, что при отводе крыла вверх, который происходит очень быстро —
подъемная сила просто отбрасывает его вверх при расслаблении птицей грудных мышц,
перья поворачиваются на остях и образуют щели, через которые воздух из надкрыльевой
области проходит под крыло, предотвращая тем самым падение давления под крылом, или
образование вакуумного мешка, т. е. снижение Fподъемн. (рис. 5).
При опускании крыла щели закрываются. Крыло становится воздухонепроницаемой
плоскостью.
3. Показанная выше на изобр. 6 схема махолета принципиальная. Две пары крыльев
достаточной подъемной силы не создадут, их габариты окажутся слишком велики. В
реальной конструкции должно быть 4 пары крыльев, расположенных друг над другом
по принципу биплана. Нижние пары крыльев шарнирно связаны с верхними (рис. 6).
Вершины крыльев д. б. разрезными и гибкими, как у крупных, медленно летающих
птиц.
Материал для крыльев нужен прочный и легкий, типа углепластика. Я соорудил все это из
титана, алюминиевых труб, бамбуковых удилищ, пенопласта и полиэтилена, тем не менее
конструкция оказалась тяжелой.
к следующему выводу: при опускании крыла (махе) происходит продольное обтекание его
нижней поверхности, направленное от вершины к корню (см. изобр. 1), замедляющее
скорость поперечного потока под крылом (от передней кромки к задней) в результате
увеличивается разность скоростей обтекания верхней и нижней поверхностей поперечного
профиля крыла, за счет чего подъемная сила на машущем крыле оказывается б[ch8057]льшей, чем
на таком же, но жестко закрепленном.
Это предположение я проверял следующими способами:
1. Крепил под одним из крыльев птицы (за кистевой частью крыла) рамку с
перегородкой, препятствующей прохождению продольного потока (см. изобр. 2). В
результате на крыле с перегородкой подъемная сила была меньше, чем на другом и
птица переворачивалась вокруг своей продольной оси.
С пустой рамкой, без перегородки птица летала нормально, т. е. собственно рамка
работе крыла не мешала (см. изобр. 3).
2. Продувал плоскость с выпукло-вогнутым профилем большой толщины и кривизны с
ребрами на нижней поверхности, отклоняющими поток под плоскостью в продольном
направлении, от концов к середине профиля (см. изобр. 4) и ту же плоскость, но без
ребер, при тех же режимах (угол атаки, скорость потока воздуха одинаковы). С
ребрами подъемная сила оказывалась больше примерно на 40%.
3. Из поволоки, обтянутой пленкой, изготовил подобие крыла птицы — плоскость
вогнутой ложкообразной формы с укрепленными на нижней поверхности ленточками
для индикации направления воздушного потока. При совершении этой плоскостью
движений, имитирующих машущие движения крыла птицы, ленточки отклонялись по
направлению к корню крыла, что указывает на наличие продольного воздушного
потока под крылом от вершины крыла к корню во время опускания крыла (маха) (см.
изобр. 5)
Основываясь на этом предположении, мне представляется вполне работоспособной
схема махолета с ножным приводом (см. изобр. 6) (схема принципиальная, для изготовления
реальной конструкции необходимо выдержать ещё ряд условий).
Крылья попарно жестко соединены между собой и имеют возможность качаться на
общей оси. Вершина правого переднего и левого заднего крыла соединены общей гибкой
тягой со ступней правой ноги, левого переднего и правого заднего — со ступней левой ноги.
При опускании одной из ног, например правой, опускаются правое переднее и левое заднее
крылья, левое переднее и правое заднее крылья, соответственно, поднимаются, при
опускании левой ноги совершается маховое движение (опускание) левым передним и правым
задним крылом и т. д.
Усилие, необходимое для опускания крыльев, в приведенной выше схеме,
пропорционально разности Fподъемн. на опускающихся и поднимающихся крыльях. Тяги,
опускающие крылья, крепятся близко к вершинам крыльев, что увеличивает плечо, а, значит,
и уменьшает усилие, необходимое для опускания крыла и в целом оно составляет около 40%
полетного веса.
У птиц сухожилия (тяги) грудных мышц, опускающих крылья, крепятся очень близко
к основанию крыла, значит, и плечо очень мало (см. изобр. 1) и для опускания каждого крыла
приходится преодолевать Fподъемн. равную 0,5 веса птицы, а в целом, усилие необходимое для
опускания обоих крыльев, требуется в 4 раза больше веса птицы, что в 10 раз больше, чем в
схеме, приведенной на изобр. 6.
Дополнение к вышесказанному.
1. Как известно, на плоскости с аэродинамическим профилем (рис.1) Fподъемн. создается,
в основном, из-за повышения скорости обтекания, а, значит, уменьшения давления
(разрежения) над верхней поверхностью профиля, нижняя поверхность в создании
Fподъемн. участия практически не принимает.
На плоскости же, совершающей маховые движения (рис. 2), в результате образования
под нижней поверхностью продольного обтекания, поток воздуха, обтекающий низ
плоскости от передней кромки к задней, замедляется, а, значит, увеличивается давление под
ней, т. е. в создание Fподъемн. включается и нижняя поверхность. Поэтому на машущем крыле
подъемная сила больше, чем на неподвижно закрепленном, при прочих равных условиях.
2. Маховые перья птиц имеют строение, показанное на рис. 3.
Как видно из рисунка, одна сторона лопасти значительно шире другой. В крыле перья
располагаются таким образом, что широкая сторона лопасти обращена к туловищу
птицы и накладывается снизу на ость пера, расположенного ближе к туловищу (рис.
4).
Такое расположение маховых перьев способствует беспрепятственному прохождению потока
от вершины крыла к корню, и является еще одним подтверждением моего предположения.
Предполагаю также, что при отводе крыла вверх, который происходит очень быстро —
подъемная сила просто отбрасывает его вверх при расслаблении птицей грудных мышц,
перья поворачиваются на остях и образуют щели, через которые воздух из надкрыльевой
области проходит под крыло, предотвращая тем самым падение давления под крылом, или
образование вакуумного мешка, т. е. снижение Fподъемн. (рис. 5).
При опускании крыла щели закрываются. Крыло становится воздухонепроницаемой
плоскостью.
3. Показанная выше на изобр. 6 схема махолета принципиальная. Две пары крыльев
достаточной подъемной силы не создадут, их габариты окажутся слишком велики. В
реальной конструкции должно быть 4 пары крыльев, расположенных друг над другом
по принципу биплана. Нижние пары крыльев шарнирно связаны с верхними (рис. 6).
Вершины крыльев д. б. разрезными и гибкими, как у крупных, медленно летающих
птиц.
Материал для крыльев нужен прочный и легкий, типа углепластика. Я соорудил все это из
титана, алюминиевых труб, бамбуковых удилищ, пенопласта и полиэтилена, тем не менее
конструкция оказалась тяжелой.
