Забудем на некоторое время все воздушныe маневры типа поворотов, взлетов и приземлений. Активный полет, при котором ловчая птица продвигается вперед с помощью взмахов крыльев, имеет несколько узнаваемых типов. Первый - это размеренный полет, более или менее сравнимый с нашей ходьбой. Исследования Spedding, Pennycuick и Rayner показали, что когда сокол, например, пустельга или сапсан, летит очень медленно, со скоростью менее трех метров в секунду, движения крыльев вверх являются пассивными, не обеспечивающими подъема и не создающими вихрей. Результатом являются тороидообразные вихревые кольца, создаваемые толчками от движений крыльев вниз (рисунок 1.16. 1). При взмахе крыло сгибается очень близко к телу и поджимается, не создавая при этом следовых вихрей воздуха.
Сходным образом летают сарычи и орлы, но взмахи крыльев у них глубже и медленнее, а крылья складываются сильнее. Их крылья движутся вверх быстрее, чем вниз. При напряженном полете весьма вероятно, что взмах становится активен, обеспечивая некоторую подъемную силу, в то время как при более медленном полете, он, вероятно, пассивен. Когда сокол набирает скорость выше 7 метров в секунду, воздушной скорости достаточно, чтобы поднять крылья, что уменьшает нагрузку на надлопаточные мыщцы. Когда взмах активен, он создает следовые завихрения (рисунок 1.16.2). Вместо того чтобы складываться близко к телу, крыло при взмахе удерживается жестче и прямее, что ведет к типичному мерцающему полету крейсирующего сапсана (рисунок 1.16.3).
Сокол, который летит на такой большой скоpости, что обычные крейсирующие взмахи крыльев будут только затормаживать полет, похож на велосипедиста, который не может крутить педали достаточно быстро, чтобы ускорить движение. Поэтому сокол скользит в воздухе с полузакрытыми крыльями, при этом второстепенные обеспечивают подъемную силу, в остальном минимизируя рычажную нагрузку на грудные мыщцы. Сзади мягко слетают следовые вихри (в центре, рисунок 1.16.4) как при крутом плaнировании (сравните рисунки 1.15.2 и 3). Затем сокол выполняет серию глубоких пульсирующих взмахов, при которых он вкладывает как можно больше силы в несколько быстрых опусканий крыла, более быстрых, чем скорость полета, и которые направлены таким образом, чтобы обеспечить толчок, а не подъем. Результатом, который очень хорошо заметен у кречета на спринтерском полете, является то, что каждый взмах крыльев явно рывками толкает птицу вперед. Выглядит это так, словно кто-то невидимый пинает птицу сзади. Даже небольшой серии таких пульсирующих взмахов достаточно, чтобы сокол набрал такую скорость, при которой дальнейшие взмахи крыльев бесполезны. К тому времени что-нибудь произойдет.
Ястребы тоже способны к спринтерскому полету, но у них немного другая проблема. В то время как крупным соколам необходимо очень быстро преодолевать большие дистанции, ястребам нужно очень быстро летать на короткие дистанции. Они могут выиграть или проиграть схватку в считaнные секунды. Следовательно, у них проблемы не с наибольшей скоростью, а с ускорением. Ястребы начинают спринт со статического положения или во время медленного полета. Поэтому их спринт должен начинаться почти с нуля. В то время как кречет похож на велосипедиста, который выигрывает гонку на длинную дистанцию за счет максимальнай скорости, ястреб напоминает велосипедиста, который ожидает старта для гонки на 50 метров. Возможно, к финишу он даже не успеет набрать свою максимальную скорость. Следовательно, ему нужно полностью выложиться за короткий промежуток времени, поэтому он не может тратить половину этого времени на бесполезные поднятия крыла, которые не содействуют толчкам. Он решает эту проблему используя эластичные крылья с вырезками на первостепенных, которые не только аккумулируют энергию, но и уменьшают тормозной эффект при взмахе.
При опускании крыла (рис. 1.16.5 а-е), создается толчок и подъем, но крыло очень короткое, что дает грудным мышцам техническое преимущество, кончики первостепенных сгибаются назад к тому месту, где угол их наклона достигает 90 градусов к поверхности крыла по вертикали и по горизонтали (рис. 1.16.5 е). Затем птица начинает создавать тягу своими крыльями, активно используя надлопаточныe мышцы (1.16.5 f). Эластичные первостепенные начинают восстанавливать свою нормальную форму, толкая воздух вниз и назад, что обеспечивает подъем и толчки, а также оказывает помощь надлопаточным мышцам. Теперь крыло на полпути назад и наполовину сложено.Края первостепенных направлены вперед и выровнены с углом падения. В верхней точке взмаха они сходятся вместе и снова обеспечивают толчок при опускании крыла.
При условии активного полета в неподвижном воздухе и на одном уровне мы можем построить приближенныe кривые ускорения для различных хищников. Не имея возможности сравнить данныепо ловчим птицам, я скомпилировал эти кривые из нескольких источников, главным образом из работ Н. J. Slijper и Т. А. М. Jack , а также из собственных наблюдений. Хотя они, возможно, не очень точны для абсолютной скорости, они позволяют получить представление о различии между видами, хотя, конечно индивидуальные различия между птицами весьма значительны.
Обыкновенный сарыч (рисунок 1.16.6) относительно плохо летает активным полeтом. Он медленно разгоняется, имеет небольшую максимальную скорость и вскоре выдыхается. Редко можно увидеть, чтобы сарыч пролетел спритерским полетом более 100 м, очень редко 200 метров. Он скоро начинает отдыхать, планируя между взмахами, на графике это начинается на 40 метрах. При горизонтальном полете он может набрать скорость до 10 мeтpов в секунду, делая около 5-6.5 взмахов в секунду. Немного найдется добычи, которая передвигается достаточно медленно, чтобы сподвигнуть сарыча приложить усилия дольше, чем на 80 метров. Большая часть добычи или будет быстро поймана (например, полевки) или при погоне оставит сарыча 
далеко позади (например, куропатка). В таких случаях сарыч отстает и куда-нибудь садится, в данном случае на 45 метрах.
Мелкие ястребы, такие как перепелятник, напротив, развивают максимальную скорость менее чем за секунду, на первых же метрах. Их взрывной спринт дает им преимущество над всеми другими перечисленными хищниками. Однако немногие сохраняют спринт на предельной скорости больше чем на 100 м. К этому времени полет обычно так или иначе заканчивается, и если он был успешным, то перепелятник примерно через 150 метров садится.
Изучая тетеревятника Slijper обнаружил, что самцы стартуют быстрее, но примерно через 70 метров самки их обгоняют. Встав на крыло, самки летят немного быстрее. Примерно через 130 метров тетеревятники обычно сбрасывают скорость. Если им не удалось поймать жертву в начале спринта, они бросают преследование или летят по инерции, набирая высоту и следя за жертвой.
На первых 20 метрах сапсан летит не намного быстрее сарыча, но на 50 метрах он начинает набирать скорость, примерно на 130 метрах он обгоняет тетеревятника и поддерживает хорошую скорость в течение нескольких сотен метров. При горизонтальном машущем полете на длинной дистанции его, вероятно, обгонит только кречет.
Новозеландский сокол со своим ястребиным профилем и соколиной физиологией, стартует скорее как небольшой самец тетеревятника. К тому времени, когда самка перепелятника пролетит 80 метров, сокол пролетит 100 метров. Примерно к 130 метрам, когда тетеревятник начинает сбавлять скорость, скорость новозеландского сокола остается прежней, но его обгоняет набравший скорость сапсан. К тому времени, когда сапсан достигнет 280 метров, новозеландский сокол будет отставать примерно на 40 метров, и оба исчезнут за горизонтом без признаков усталости.
Ускорение и максимальная скорость у хищников при преследовании должны быть сопоставимы с этими параметрами их жертв. Перепел имеет сходный рисунок полета с перепелятником, фазан с тетеревятником, а голуби (хотя немного быстрее при взлете) как у сапсана. Ястребы быстро бросают сильную, способную к длительному полету добычу, если только не ловят ее на спринте или напав из засады.
Эффект взрывного старта ястребов проявляется в наборе скорости в первые 40 метров. Ястреб Купера, например, обычно делает 4-5.5 взмахов в секунду, а при взлете 7-8 взмахов в секунду, используя грудные мышцы, составляющие около 17% от общего веса тела. Он преодолеет эту дистанцию, когда сарыч и большинство соколов пролетят всего 20 метров. Их мастерство в преодолении дистанции состоит в способности выполнить прямую атаку с лета (см. 6.10) и умении оценить максимальную дистанцию, на которой целесообразно атаковать намеченную добычу. Крупные соколы обычно не предпринимают короткие прямые атаки, а предпочитают более предсказуемые длинные. Сарычи по возможности вообще не используют спринтерский полет, вместо этого они используют высоту, позволяющую атаковать с планирующего полета или спикировать.
Кроме бесконечных преобразований кривых разгона и дистанций атаки, существует проблема маневрености. Здесь наивысшие показатели у ястребов, дербника и новозеландскаго сокола; крупные соколы и ястребы Харриса менее проворны и более громоздки в хвостовой части, чем сарычи. Добыча тоже очень различается по маневрености (см. раздел 7.4). Обычно ценой большей маневрености является меньшая максимальная скорость, длинный хвост способствует верткости, но создает тормозной эффект.
Рассмотрим горизонтальный поток воздуха относительно наклонной поверхности крыла в том случае, когда его передняя кромка приподнята над задней. В этом смысле крыло действует как несущая плоскость. Поток воздуха над крылом встречает меньшее сопротивление и развивает большую скорость, чем под крылом (рис. 17.52). В результате давление воздуха над крылом уменьшается, а под крылом - увеличивается. Так возникает подъемная сила . Ее величина зависит от размеров и формы крыла, угла его наклона по отношению к длинной оси тела (угол атаки) и скорости полета. В воздухе на тело птицы действует еще одна сила, которая стремится отвести крыло назад в направлении воздушного потока; она называется лобовым , или аэродинамическим, сопротивлением . Механическая эффективность крыла зависит от его способности развивать большую подъемную силу при небольшом относительном росте лобового сопротивления.
Различают три основных типа полета: машущий, парящий (планирующий) и зависание.
Машущий полет
У таких птиц, как голубь, у которых крылья делают около двух взмахов в секунду, основная мощность развивается при опускании крыльев. Это происходит благодаря сокращению сильно развитых больших грудных мышц , которые одним концом прикреплены к плечевой кости, а другим - к килю грудины. При отрыве от земли крыло в начале маха опускается почти вертикально и его передняя кромка располагается ниже задней. Маховые перья 1-го порядка отклоняются вверх под давлением воздуха. Они плотно сомкнуты, чтобы обеспечить максимальное сопротивление воздуху, а значит, и максимальную подъемную силу. Затем по мере опускания крыло движется вперед и поворачивается таким образом, что его передняя кромка отклоняется вверх. В этом положении крыло создает силу, поднимающую корпус. Воздух, проходящий между маховыми перьями, стремится разделить их и отогнуть кверху (рис. 17.53).
Подъем крыла начинается тогда, когда крыло еще полностью не опущено. Внутренняя часть предплечья резко поднимается вверх и назад, и при этом передняя кромка крыла находится в наклонном положении над задней. Это делают малые грудные мышцы, прикрепленные к дорсальной поверхности плечевой кости и к грудине. При движении крыла вверх оно сгибается в запястье и кисть поворачивается таким образом, что маховые 1-го порядка резко отводятся назад и вверх до того момента, пока все крыло в какой-то мере не выпрямится над телом птицы. Во время этого движения маховые 1-го порядка разъединяются, так что воздух проходит между ними и его сопротивление уменьшается. Движением этих перьев назад в основном и создается мощный толчок, который птица использует для поступательного движения вперед. Еще до того момента, как маховые 1-го порядка поднимутся до высшей точки, снова начинают сокращаться большие грудные мышцы, опускающие крылья, и весь процесс повторяется.
При длительном машущем полете работа крыльев заметно видоизменяется и требует гораздо меньше энергии, чем при отрыве от земли. Взмахи при этом не такие сильные, крылья не соприкасаются за спиной, и нет движения вперед на заключительном этапе опускания крыльев. Крылья обычно выпрямлены, и махи вверх и вниз происходят в запястье (в сочленении костей предплечья и запястья). Активного отведения кисти вверх и назад не происходит - крыло поднимается пассивно в результате давления воздуха на его нижнюю поверхность.
По окончании полета птица приземляется, опуская и распластывая хвост, который одновременно служит тормозом и источником подъемной силы. После создания этой силы ноги опускаются, и птица прекращает движение. Хвост в полете служит также рулем, и устойчивость птицы обеспечивается нервным контролем при участии полукружных каналов. В них возникают импульсы, которые стимулируют вспомогательные мышцы, изменяющие форму и положение крыльев и соотношение между их взмахами.
Разные птицы летают с разными скоростями. Эти различия обусловлены формой крыльев и ее изменениями в полете, а также частотой взмахов. Рис. 17.54 позволяет сравнить крылья быстрых летунов (таких, как стрижи) и медленных (как воробьи).
17.9. Перечислите характерные особенности стрижа, позволяющие ему быстро летать.
Планирующий и парящий полет
При планировании крылья неподвижно распластаны под углом 90° относительно тела, и птица постепенно теряет высоту. Когда птица, планируя, опускается, на нее действует сила тяжести, которую можно разложить на две составляющие, одна из которых (тяга) направлена вперед по линии полета, а другая - вниз под прямым углом к первой (рис. 17.55). С увеличением скорости планирования эту вторую силу уравновешивает возрастающая подъемная сила, а тягу уравновешивает лобовое сопротивление, и с этого момента птица планирует с постоянной скоростью. Скорость и угол скольжения зависят от размеров, формы и угла атаки крыльев и от веса птицы.
Птицы, обитающие на суше, используют при планировании восходящие термальные потоки воздуха, которые возникают, когда горизонтальный поток, встретив преграду (например, гору), отклоняется вверх или когда теплый воздух вытесняется холодным и поднимается вверх; так происходит, например, над городами. Птицы, имеющие легкое тело и широкие крылья, такие как канюки и орлы, искусно используют термальные потоки и могут постепенно набирать высоту, делая небольшие круги. Планирование без потери высоты и даже с подъемом называется парением.
У морских птиц, например альбатросов, форма тела и крыльев иная, и они парят по-другому (рис. 17.56). У альбатроса большое тело и очень длинные узкие крылья, и он использует порывы ветра над волнами. За время скольжения против ветра вверх он поднимается на высоту около 7-10 метров. Затем он разворачивается по ветру и с большой скоростью на отогнутых назад крыльях спускается вниз. В конце скольжения вниз альбатрос описывает дугу, возвращаясь во встречный поток воздуха с крыльями, вынесенными несколько вперед. Такое положение крыльев и быстрое движение вперед относительно воздуха обеспечивают подъемную силу, необходимую для набора высоты перед очередным спуском. Альбатрос способен также парить, покрывая большие расстояния параллельно гребням волн; при этом он использует небольшие восходящие потоки воздуха от волн, подобно тому как сухопутные птицы используют потоки над горными склонами.
Зависающий полет
При зависании птица машет крыльями, но при этом остается на одном месте. Крылья совершают около 50 взмахов в секунду, и развиваемая ими тяга, направленная вверх, уравновешивает вес тела. Птицы, способные зависать, имеют очень сильно развитые летательные мышцы (1/3 от веса тела). Их крылья могут наклоняться почти под любым углом. Большая часть маховых перьев-1-го порядка (маховых 2-го порядка только шесть), и они используются для создания тяги.
Окончание в рот - это одна из безумно популярных предложений интимного характера, которая намеревает выдерживание обычных поз, её способны совершить индивидуалки с сайта
Очень любопытно наблюдать за полетом птицы. Особенно интересно, когда вы стоите на корме движущегося судна, а в это время за ним вслед летят чайки. Некоторые из них быстро машут крыльями, а некоторые спокойно и грациозно маневрируют в воздушных потоках. Что позволяет им проделывать такие невероятные для человека трюки? Давайте попробуем разобраться.
Принцип полета птицы
Как летает птица? Прежде всего, необходимо понимать, что существует два способа птичьего полета - машущий и планирующий. О каждом по порядку:
Планирующий способ полета
Для осознания принципов работы крыла птицы придется вспомнить школьный курс аэродинамики. Основные постулаты этой науки гласят: для образования подъемной силы под крылом летательного средства необходима существенная разница между давлением воздуха над крылом и под крылом. Чем плотнее воздух под крылом, тем быстрее и выше самолет поднимается в небо.
Почему мы ведем речь о самолете? Дело в том, что человек часто конструирует свои изобретения, отталкиваясь от окружающего мира. Пример с самолетом прекрасно отражает принцип работы крыльев птицы. Такой полет называют планирующим: птица просто зависает в воздухе, используя силу ветра для движения в нужном направлении. Для подъема вверх задняя поверхность крыла опускается к земле, а для снижения, напротив, приподнимается. Может быть, вы замечали, что чайки в момент скоростного падения складывают крылья.
Машущий способ полета
Этот способ птичьего полета наука пытается разгадать и по сей день. Известно, что энергетическая эффективность полета птицы в десять раз превышает эффективность любого самолета. Как такое возможно?
На первый взгляд, очевидно, - машущие движения крыльями при должном их положении должны двигать птицу вперед. Однако ученые заметили важную деталь. С точки зрения физики, угол поворота крыла птицы должен постоянно меняться для достижения прямолинейного полета по горизонтали - иными словами, только вперед. В противном случае мы будем наблюдать либо движение птицы к земле по дуге (параболической траектории), либо такое же движение наверх. Однако это никоим образом не описывает реальный полет обычной птицы! И угол поворота ее крыла не меняется.
Долгое время данная проблема не могла найти разрешения, пока не появилась одна любопытная теория.
Как утверждают создатели теории, которая, может стать разгадкой сбалансированного полета птицы, дело в физиологической особенности крыла. Крыло и перья птицы очень гибки на краях. При активном машущем движении окончания пера движутся в противоложную сторону от основного движения. Например, при движении крыла вниз окончания его перьев движутся наверх. Аэродинамические свойства крыла естественным образом меняются, что и приводит к равномерному движению вперед по горизонтали. Гибкое строение крыльев и перьев позволяет птахе беспрепятственно лететь вперед без падения вниз или подъема наверх.
Почему самолет не летает, как птица?
На сегодняшний день, наука, осознав особенности строения пернатых, пока не способна воспроизвести подобное. Еще не созданы такие двигатели и материалы, которые бы обеспечили равномерный полет машущим методом. Признаться, это и не нужно. Нынешние самолеты весьма успешно справляются с полетами на реактивной тяге.
Однако исследования ученых в этом направлении не прекращаются. Как мы уже отмечали выше, эффективность полета птицы превосходит тот же показатель технического средства во много раз. Значит, изучая принципы полета птицы, можно попробовать уменьшить затраты энергии самолета и увеличить его грузоподъемность, дальность перелета и другие показатели.
Тем, кому интересно узнать больше об особенностях птичьего полета, советуем ознакомиться .
План реферата :
План реферата:
1) С древнейших времён..
2) Конструкции Леонардо Да Винчи
3) История развития
4) О модели махолёта Федотова
Введение:
С давних времен люди, мечтая подняться в небо и увидеть землю с высоты птичьего полета, завидовали пернатым созданиям, летающим под облаками.
Существуют различные легенды о полетах. Одной из таких мифических историй является сказание о Дедале и Икаре.
Одним из наиболее ранних свидетельств того, что люди пытались подняться в воздух на искусственных крыльях, является китайская рукопись «Цяньханьшу» («история ранней династии хань»)
Ещё в 4-3 веке до нашей эры в Китае был изобретен летательный аппарат с неподвижным крылом, названный воздушным змеем. Он удерживался в воздухе при помощи ветра и натянутой нити. Точно назвать имя его изобретателя не может ни один историк авиации, однако многие склоняются к мысли, что это были Мо Цзы, Гун Шубань или Хань Синь. Китайские воздушные змеи представляли собой плоскую бамбуковую раму, обтянутую бумагой. Довольно часто змеев делали в виде сказочных птиц или животных. Они находили применения в военных походах (для передачи сигналов), их также запускали для развлечений во время различных праздников.
Идея летательного аппарата с машущими крыльями зародилась в голове знаменитого английского философа и естествоиспытателя, монаха-францисканта Роджера Бэкона. В его труде «О тайных вещах в искусстве и природе», опубликованном в 1542 году говорилось: «Можно построить машины, сидя в которых, человек, вращая приспособление, приводящее в движение искусственные крылья, заставлял бы ударять их по воздуху, подобно птичьим». Однако это были лишь общие фразы. Бэкон не предложил конкретных проектов для реализации этой идеи.
Через два столетия летающими повозками заинтересовался легендарный Леонардо да Винчи, который, в отличие от Бэкона, детально разработал проекты нескольких типов орнитоптеров: с лежащим положением лётчика(1485-1487), орнитоптер-лодку(около 1487года), с вертикальным положением летчика(1495-1497)
Основная часть:
Конструкцию летательного аппарата, именуемого махолетом, разработал еще Леонардо да Винчи. Но до сих пор никому не удалось построить машину, которая, махая крыльями, могла бы подниматься в воздух. Даже создание маленькой модели-копии такой машины сопряжено с большими трудностями.
История авиации полна красивых легенд. Есть и такая. Когда Можайский принес в какую-то высокую научную инстанцию проект первого самолета, там недоуменно спросили: «А почему эта штуковина крыльями не машет? Как же она летать-то будет?» И проект отклонили. На том основании, что аппарат тяжелее воздуха (то есть не дирижабль и не воздушный шар) может оторваться от земли только в том случае, если будет работать крыльями подобно птице. Так тогда думали. И в общем-то никакой ошибки в этой концепции не было. Действительно, что может быть естественнее, чем полет птицы. Люди многое позаимствовали у природы – почему бы не попробовать и это? Не получилось. Позаимствовать несложно, а вот оформить технически... После десятков, если не сотен, неудачных попыток скопировать птичий полет создатели первых летательных аппаратов пришли к выводу, что самолетное крыло нельзя заставить одновременно создавать подъемную силу и тягу. То, что птица делает не задумываясь, посредством мышц, воспроизвести механизмами не удавалось. И тогда подъемную силу «отдали» крылу, а тягу – двигателю с пропеллером. Первые же опыты показали, что так гораздо проще, и основной путь развития авиации был определен на долгие годы вперед. Никаких птиц. Исследования в области машущего полета оказались задвинутыми на задворки; нет, тупиковыми их не называли, но считали чем-то экзотическим – «в принципе возможно, но технически неосуществимо».
Разработки махолетов стали уделом одиночек, в основном самодельщиков. Их было много, в СССР после войны был даже создан Комитет машущего полета при ДОСААФ. Каждый пытался сделать свой аппарат. Из сотен построенных машущекрылых моделей ни одна так и не взлетела. Правда, в разные годы некоторым самодельщикам удавалось создать модели, запускаемые броском в восходящий поток воздуха, и даже пилотируемые планеры, но это махолетами не считалось: чтобы машущий полет признали полноценным, аппарат должен был все стадии (взлет, курс, посадка) проходить, махая крыльями, а это никак не получалось. Энтузиазм постепенно иссяк.
И вдруг успех. В 981 году в печати появились сообщения о том, что в Москве построена модель, способная самостоятельно взлетать, летать и садиться, как птица. Авиастроительный мир встрепенулся. Неужели полноценный машущий полет наконец-то осуществлен? Да. Такое не происходит ни с того, ни с сего. Аппарат, о котором идет речь, – не случайная удача, улыбнувшаяся вдруг дилетанту-самодельщику, а плод многолетнего труда профессионалов.
В 1976 году в Московском авиационном институте была организована опытно-конструкторская группа по исследованию машущего полета, которую возглавил в ту пору доцент, а ныне профессор Валентин Киселев.
Работу финансировали сразу несколько авиационных структур, в том числе мощнейшие в те времена ЦАГИ и ВВС, что позволило с первых же этапов проводить исследования на хорошей технической базе. Несколько стендов сотрудники группы соорудили сами специально под тему. Солидная теоретическая подкладка, профессионально выполненные расчеты, многократные испытания каждого агрегата – все говорило о том, что более чем полувековая эпоха дилетантства в исследованиях машущего полета закончилась.
Через 5 лет Киселев выкатил на летное поле первую модель махолета. Это был кордовый аппарат массой 7 кг и размахом крыльев 3,3 м, оснащенный электрическим двигателем мощностью 0,33 л. с., питание к которому подавалось по проводу. Расчетная скорость полета – 35v40 км/ч при частоте махов 1,4v1,5 в секунду.
По команде с пульта модель замахала крыльями, оторвалась от земли (по словам Киселева, все остолбенели, хотя в общем-то ничего другого и не ожидали) и принялась наматывать круги на трехметровой высоте. Полетала. Приземлилась. Все прошло нормально.
Развивая тему, сотрудники группы Киселева постепенно перешли от кордовых моделей к автономным. Новые 10-килограммовые аппараты «Стрекоза» и «Журавль» оснащались 2-тактными авиамодельными двигателями и радиоуправлением. Это существенно повышало информативность испытаний; появилась возможность пробовать махолеты не только в простом курсовом полете, но и в некоторых несложных фигурах пилотажа. Однако возникли проблемы. Начинка отечественного производства оказалась отвратительной: двигатели часто отказывали, да и радиоуправление надежностью не отличалось – в городе очень много помех (полеты проводились на бывшем Центральном аэродроме, что на Ходынке), впрочем, и в окрестностях Москвы трудно отыскать местечко с чистым эфиром. Несколько моделей разбилось – виной тому были моторы и электроника; собственно же махолеты особых проблем не создавали.
Модельная стадия разработки махолетов убедительно показала, что машущий полет не только «в принципе возможен», но и технически осуществим. Настало время подумать об аппарате, пилотируемом человеком. И к началу 90-х годов группа Киселева разработала несколько таких махолетов. На бумаге, в чертежах. Осталась самая малость: сделать их и поднять в воздух. И тут в планы Киселева вмешались политика с экономикой.
«Союз нерушимый» развалился. Все налаженные связи оборвались, государственное финансирование прекратилось. Научные и промышленные структуры, интересовавшиеся разработками Киселева, больше были озабочены собственным спасением, а не чьими-то пусть многообещающими, но не сулящими быстрой коммерческой отдачи идеями.
Киселев предпринял массу отчаянных попыток сотрудничества с новой буржуазией, но ему не повезло: три частные фирмы, взявшиеся, было, за постройку аппаратов, обанкротились, толком не успев ничего сделать.
Пилотируемые человеком махолеты так и остались только на бумаге.
Законный вопрос: а нужны ли они вообще? И если да, то зачем? Человечество уже век успешно летает, не махая крыльями. Классический, проверенный многолетней практикой принцип «тягу – двигателю, подъемную силу - крылу» для самолетов работает великолепно, так ли уж необходимо изобретать что-то еще? Попробуем ответить, ссылаясь на опыт Киселева.
Махолет, чьи крылья создают не только подъемную силу, но и тягу, хорош в первую очередь тем, что не требует взлетно-посадочных полос. Да, но, уместно такое возражение, существуют ведь вертолеты и самолеты вертикального взлета и посадки (ВВП), которые взлетают без разбега и садятся в точку. Чем они плохи?
Немного теории. Очень поверхностно, не влезая в научные дебри.
Подъемную силу при вертикальном взлете и вертикальной же посадке можно создать двумя способами. Первый - отбрасывая вниз большие массы воздуха с малыми скоростями (вертолет). Второй – отбрасывая вниз малые массы воздуха с большими скоростями (самолет ВВП; у него это достигается либо специальными подъемными двигателями, либо отклонением вектора тяги маршевых двигателей). Первый способ более экономичен, поскольку, чем меньше скорость и больше масса отбрасываемого воздуха, тем меньшая требуется мощность для вертикального взлета, соответственно, тем меньше сжигается топлива.
Вертолет исключительно хорош при взлете и посадке. Ротор, или, как его еще называют, несущий винт, омахивает огромную площадь, подъемная сила создается легко при небольших затратах мощности. А вот в горизонтальном полете этот аппарат оставляет желать лучшего. Аэродинамическое качество (отношение подъемной силы к лобовому сопротивлению воздуха) вертолетного несущего винта, работающего в плоскости, близкой к горизонтальной, в среднем в 3 раза ниже, чем у самолетного крыла. И потому у вертолета низкие летные характеристики, в частности, невысокая скорость и небольшая дальность полета.
У самолета ВВП – свои проблемы.
С горизонтальным полетом все в порядке, как и у любого самолета, а вот взлет и посадка очень энергоемкие. На этих фазах сжигается почти все топливо; на выполнение же собственно полетного задания остается совсем немного. Первый самолет ВВП, английский Harrier, долгое время считавшийся лучшим в своем классе, имел радиус действия всего 160 км. Для боевой реактивной машины это ничтожно мало. Кстати, когда ВМС разных стран стали оснащать подобными аппаратами, было отмечено много случаев увольнения летчиков в отставку: перспектива остаться без топлива где-нибудь посреди океана мало кого устраивала. Пилоты с американских авианосцев мрачно шутили: «Адмиралы получили прекрасную возможность гонять нас за пивом в береговой магазин – ни на что другое эти летающие гробы не способны».
Со временем отношение к самолетам ВВП изменилось: появились более совершенные разработки, дальность действия увеличилась. Но многие проблемы до сих пор не решены: увеличение емкости топливных баков, и, соответственно, общего веса машины приводит к уменьшению полезной (в частности, бомбовой) нагрузки. Выбор возможностей небогат. Либо летай во всеоружии, но недалеко, либо далеко, но с неполным боекомплектом.
Периодически предпринимаются попытки вывести гибрид самолета с вертолетом. Есть, например, самолет ВВП V-22 фирмы Bell – у него на концах крыльев установлены двигатели с трехлопастными винтами, работающие как маршевые в горизонтальном полете и как подъемные при взлете-посадке (двигатели поворачиваются на определенный угол). Такая конструкция тоже далека от совершенства. Чтобы избежать резкого дисбаланса при внезапном отказе одного из двигателей (это очень неприятно в горизонтальном полете и почти всегда смертельно на взлете-посадке), их приходится соединять длинным, почти равным размаху крыльев, синхронизирующим валом, что очень утяжеляет аппарат. Оба винта вместе омахивают как минимум вдвое меньшую площадь, чем пропеллер одновинтового вертолета (при равенстве габаритов сравниваемых аппаратов), следовательно, потребная для взлета и посадки мощность у рассматриваемой машины выше, а значит, расход топлива больше.
Есть и другие недостатки. Например, при использовании винтов в качестве движителей в горизонтальном полете их кпд резко падает – поэтому максимальная скорость такого аппарата далека от той, какую можно было бы ожидать при столь высоких энергозатратах. Кроме того, при взлете-посадке крыло не используется, а только мешает струе, создаваемой винтом. В общем, проблем много.
Махолет лишен всех перечисленных недостатков. Он соединяет в себе преимущества самолета и вертолета. По крайней мере, в теории.
Группа Киселева, как уже говорилось, разработала несколько махолетов различных типов. На примере одного из них покажем, что представляет собой машущекрылый летательный аппарат и как он работает.
С виду это обычный самолет. В его фюзеляже установлена специальная поворотная платформа, на которой шарнирно закреплены крылья. Реактивная струя двигателей при вертикальных взлете и посадке направляется на турбину привода гидронасоса, управляющего хитроумной системой связанных с крыльями гидроцилиндров. Они являются «мышцами», приводящими в движение крылья, которые машут в разных плоскостях – в зависимости от того, в каком режиме работает Махолет: висения или горизонтального полета.
В хвостовом оперении махолета есть специальный привод установки стабилизатора по потоку, отбрасываемому машущим крылом.
В горизонтальном полете машущие крылья можно остановить – для этого предусмотрены специальные запирающие замки. В таком режиме махолет ничем не отличается от обычного самолета – крылья в неподвижном состоянии используются только для создания подъемной силы; тяга обеспечивается реактивной струей, направляемой уже не на турбину гидронасоса, а через обычные сопла назад.
Таким образом, на разных фазах полета можно выбирать наиболее выгодный режим: машущий полет на взлете-посадке, обычный – на горизонтальном курсе.
Расчеты показывают, что махолет может в горизонтальном машущем полете развивать скорость в 1,5-2 раза большую, чем вертолет той же массы, габаритов и грузоподъемности, и летать в 1,5 раза дальше (при остановленном крыле скорость больше в 3-4 раза). Если же сравнивать его с рассмотренным выше самолетом типа V-22, то теоретически скорость махолета на 40v50% выше, кроме того, вес пустого аппарата на 15v20% меньше.
При исследованиях принципов машущего полета Киселев столкнулся со множеством проблем, на первый взгляд казавшихся неразрешимыми. Предварительные расчеты убеждали в том, что машущий полет... вообще невозможен: слишком большая частота махания требовалась, чтобы создать потребные для взлета аэродинамические силы, должны были возникнуть огромные инерционные перегрузки, какое крыло не выдержит.
Наблюдения за полетами птиц поначалу вообще сбивали исследователей с толку. Выяснилось, например, что по законам элементарной аэродинамики утка вообще летать не должна: нагрузка на крыло (отношение полного веса птицы к площади крыла) очень велика. Однако летает. Или, допустим, майский жук. Он тоже по всем законам неполетоспособен – это подробно описано в популярной литературе для авиамоделистов как некий природный казус.
Долгое время считалось, что несущие способности птичьего крыла во многом обеспечиваются перьевой структурой: желобками, бороздками, волосками, наполненными воздухом полостями и т. д., следовательно, сделать механическое подобие такого крыла невозможно (представьте себе самолет с перьями – весело, не правда ли?). Однако результаты экспериментов группы Киселева опровергли эту точку зрения. Машущее крыло способно создавать потребные аэродинамические силы независимо от того, какое оно – перьевое, перепончатое (летучие мыши) или имеющее вид плоской пластины с желобками (насекомые). Значит, дело не в перьях – они, как считает Киселев, нужны птице в основном для удобства складывания крыльев, для сохранения тепла и для обеспечения легкости «конструкции». И не в желобках – насекомые прекрасно летали с вымазанными краской крыльями. А в чем же?
Когда прообраз первого махолета замахал крыльями на стенде, исследователи с удивлением обнаружили, что, несмотря на неспособность двигателя довести частоту махов до расчетных значений, создаваемые аэродинамические силы не только достаточны для взлета, но и выше потребных! Парадокс. Чтобы «поверить глазам своим», пришлось сделать специальную установку в аэродинамической трубе, позволяющую резко вводить крыло в воздушный поток. Выяснилось, что сначала аэродинамические силы резко возрастают, а затем убывают до установления стационарного обтекания. Этот силовой скачок, обусловленный нестационарностью обтекания машущего крыла, очень полезен на малых скоростях и в режиме висения – он-то и делает возможным вертикальный взлет при минимальных затратах энергии. С ростом горизонтальной скорости аппарата несущие свойства машущего крыла падают, но подъемную силу легко сохранить за счет увеличения скоростного напора воздуха.
И еще один важнейший вывод из описанного явления. Поскольку нестационарность потока помогает создавать большие аэродинамические силы, позволяющие снизить потребные скорости махов, то вредные, разрушающие крыло инерционные нагрузки соответственно невелики. К тому же нагружающие крыло аэродинамические и инерционные силы, как выяснилось, при махании не складываются, так как действуют в разные моменты времени. Первые максимальны в средних положениях, когда и скорость маха максимальна, а вторые – в крайних, когда крыло меняет направление движения. И полезные аэродинамические, как правило, больше вредных инерционных, а значит, именно по ним должен осуществляться расчет крыла на прочность. Так что опасения насчет неизбежности разрушения конструкции от больших инерционных перегрузок беспочвенны.
Очень много сомнений оппоненты высказывали насчет возможностей увеличить вес и размеры машущекрылых аппаратов. Дескать, почти невесомая модель – это одно, а вот машина с людьми и грузом... Киселев провел массу испытаний геометрически подобных крыльев, размерами отличающихся друг от друга в 5 раз, и подтвердил теорию о том, что подъемная сила «обгоняет» рост веса аппарата – следовательно, никаких принципиальных причин для ограничения размеров махолетов нет. Сейчас в архиве группы Киселева лежит проект так называемого бизнес-махолета массой 5600 кг, способного перевозить 10 пассажиров на 1000 км или 5 пассажиров на 1800 км с крейсерской скоростью 800 км/ч. Есть и другие разработки, тоже далеко не «невесомые».
И по всем выкладкам, подтвержденным стендовыми испытаниями, эти машины должны вполне нормально летать.
Справедливости ради следует отметить, что в своих изысканиях Киселев далеко не одинок. Изучением машущего полета активно занимаются и на Западе. Очень интересны разработки американца Пола Маккриди - талантливейшего конструктора, прославившегося созданием различных нетрадиционных средств передвижения по воздуху, таких, например, как самолет с мускульным приводом (в 1979 году мускулов летчика хватило на перелет через Ла-Манш) или самолет с электродвигателем, питающимся от установленных на крыльях солнечных батарей. В середине 80-х годов при мощнейшей поддержке коммерческих структур Маккриди построил нечто машущекрылое, внешне напоминающее птерозавра. Пресса поспешила окрестить аппарат махолетом.
Созданная Маккриди модель не умела взлетать сама. Ее запускали лебедкой. Включение крыла в машущий режим поначалу приводило к беспорядочному падению (при выполнении первого демонстрационного полета в мае 1986 года модель стоимостью $700 тыс. вдребезги разбилась о бетон аэродрома; пресса не замедлила поиздеваться: «Теперь понятно, как вымерли птерозавры»). Потом аппарат научили худо-бедно летать, махая крыльями; публика, видя это на авиашоу, визжала от восторга, но... Специалисты не признали трюк полноценным машущим полетом. Медленные, малоамплитудные, «робкие» движения крыльями в лучшем случае не препятствовали планированию. Ни о наборе высоты, ни об увеличении скорости даже речи не было. Ну машет модель крыльями и машет. А могла бы и не махать – результат был бы тот же. Киселев впоследствии проанализировал работу аппарата Маккриди и пришел к выводу, что потребных для взлета аэродинамических сил его крылья не создают.
Известны и другие разработки. Киселев переписывается с Аэрокосмическим институтом Торонтского университета, где в 1992 году была создана и успешно испытана модель машущекрылого аппарата, названного орнитоптером. Он запускается броском в восходящий поток воздуха, а сам взлетать не может. Кроме того, крутильные движения крыла осуществляются только за счет его гибкости (примерно так плавают скаты и камбалы), а не поворотами профиля крыла на потребные углы. Подбор параметров гибкости очень сложен. Крыло получается «однорежимным»; чуть меняются внешние условия – и полет становится проблематичным. Модель весит 3,4 кг и, судя по всему, существенно увеличить ее массу нереально (напомним, что киселевские уже летавшие «Стрекоза» и «Журавль» весят по 10 кг).
Киселев регулярно знакомит заокеанских коллег со своими разработками, а они его – со своими. Друг у друга идеи не заимствуют, каждый идет своим, как ему кажется, единственно верным путем.
В общем, периодически в мире строятся машущекрылые аппараты. Публикации в прессе позволяют говорить о приоритете российской науки в исследованиях машущего полета. Америка пока считает за откровение то, что для нас давно пройденный этап. Конечно, вполне возможно, что в каких-нибудь структурах вроде NASA уже создано что-либо, претендующее называться полноценным махолетом, но это нам неизвестно. Если же отталкиваться лишь от той информации, которая открыта для всех, можно утверждать: в этой области науки мы пока опережаем Запад лет на десять, а то и больше.
Как говорится, на этой радостной ноте можно было бы и закончить. Но радости что-то не ощущается. Мучает вполне уместный вопрос: если мы такие умные, если мы впереди планеты всей, то почему до сих пор на махолетах не летаем?
Причина до банального проста: деньги. Вернее, их отсутствие. На постройку первого в мире пилотируемого махолета по расчетам Киселева нужно около $100 тыс. Сумма в общем-то не ахти какая, но и ее пока никак не наскребут – видимо, людям науки трудновато ориентироваться в извивах нашей сумасшедшей экономики.
Аэродинамика, надо думать, проще.
Первый пилотируемый аппарат (для начала Киселев предлагает сделать машину с размахом крыльев 7,1 м и взлетным весом 450 кг, способную подниматься на высоту 4500 м и летать со скоростью 150 км/ч) можно построить и испытать за год-полтора. А потом... Потом возможны варианты его коммерческой реализации, позволяющей получить деньги на строительство более сложных машин.
Вариантов масса.
Во-первых, выставки. Только в США за год проводится более 400 авиашоу разных рангов, и любая экзотика проходит там на ура. Лучшую рекламу трудно придумать.
Во-вторых, прямая реализация. Лондонский музей науки и промышленности недавно обратился к Киселеву с просьбой продать первый махолет для экспозиции. А всемирно известная фирма Sotheby-s выразила согласие на аукционную продажу махолетов, естественно, когда те будут построены.
В общем, спрос уже есть. Нет только предложения.
Много ли на этом выручишь? Думаю, немало. Маккриди продал свою модель вашингтонскому авиамузею за $3 млн., а ведь это не полноценный махолет, а лишь его имитация. Представьте себе, за сколько могут купить настоящий махолет, пилотируемый человеком, да к тому же первый в мире.
Увы, пока все это выглядит, как разговоры в пользу бедных. Всем безумно интересно, но денег никто не дает.
Может быть, боятся – а вдруг не полетит? Что ж, риск, безусловно, есть. Но ведь кто не рискует...
Пока Киселев ищет деньги на постройку первого махолета, техническая база исследований потихоньку приходит в упадок. Не так давно, например, разворовали ангар, где хранятся модели. С аппаратов сняли все материально ценное (кстати, именно этим объясняется некоторая убогость иллюстраций к этой статье – фотографировать нечего, аппараты раскурочены). Символично для нашей науки, согласитесь.
Махолет рано или поздно кто-нибудь построит. Жаль, если это будет не в России, ведь мы в этой области первые. Пока. Запад с его технической базой и финансами долго рассусоливать не станет – там, судя по публикациям, теория уже на подходе, глядишь, скоро и практический результат будет. И когда американцы полетят, махая крылышками, на вопрос «Почему не мы?» можно будет отвечать, разводя руками: «Потому что в кузнице не было гвоздя...» Или, точнее, потому что в кошельке не нашлось рубля.
Заключение:
Существует два типа моделей махолета: центропланные, центральная часть крыльев которых неподвижна по отношению к корпусу, и бесцентропланные с движущимися крыльями. Второй тип махолета - наиболее интересный по конструкции и самый сложный в изготовлении.
Модель махолета В. Федотова уверенно набирает высоту. Крутящий момент на валу ее приводного механизма превышает 500 Н ″ м. А крутящий момент винта для полета самолета такого же размера и массы должен быть в 20-25 раз меньше. Отсюда следует вывод: пучки резиновых нитей в моделях махолетов должны работать не на скручивание, а на растяжение. Только при этом условии резиновый двигатель допустимой массы без особых дополнительных устройств способен создавать на валу достаточный крутящий момент. Однако такой способ использования резинового двигателя обладает существенным недостатком. Сильно растянутый жгут резины очень быстро расходует всю запасенную механическую энергию, и модель махолета успевает сделать 12-13 взмахов крыльями и пролететь по горизонтали всего 5-6 м.
На модели махолета В. Федотова установлен резиновый двигатель, пучки резиновых нитей которого работают на растяжение. Это обстоятельство значительно сокращает, как уже отмечалось прежде, продолжительность полета. Нельзя ли сделать полет более продолжительным? Можно, если заставить пучки резиновых нитей работать на скручивание - тогда количество взмахов крыльями увеличится более, чем в десять раз. Выигрыш существенный. Только достигается он ценой значительного усложнения всей конструкции махолета. Этим и объясняется, почему таких моделей создано еще не так много. Основные направления, по которым здесь следует идти,- снижение массы модели, конструирование более совершенного (и в то же время простого) механического привода, создающего в различные фазы вращения оси разные по величине крутящие моменты. И последнее. Размышляя над тем, какой махолет лучше, не забывайте, что природа неистощима в своих «технических» находках, помогающих живым существам наилучшим образом приспособиться к среде обитания. Вот почему использование «патентов» природы помогает создавать еще более совершенные летательные аппараты.
Перечень используемых источников информации:
ДОСААФ - Добровольное Общество Содействия Андропову Алиеву Федорчуку
журнал "мотор"
В истории Земли всего три группы позвоночных животных сумели освоить воздушное пространство. Это птицы, летучие мыши и птерозавры. Летающие ящеры вымерли 65 миллионов лет назад в мезозойскую эру, оставив ученым разгадывание тайны своей виртуозной способности к полету. Что же известно современной науке о птерозаврах?
Автор первой публикации о птерозаврах, итальянский ученый XVIII века Козимо Коллини, приписал найденные в карьерах Баварии останки неизвестному морскому существу. (Позже другие исследователи относили их к летучим мышам и птицам.) Загадка разрешилась уже в начале XIX века, когда стало ясно, что это особая группа рептилий, освоивших оригинальный способ полета при помощи кожной мембраны, натянутой к сильно удлиненному пальцу руки и служившей крылом.
Самые древние из известных науке птерозавров обитали в конце триасового периода, примерно 210 миллионов лет назад, в одно время с сухопутными родственниками - динозаврами. Их объединяют в семейства эудиморфодонтид и диморфодонтид. Тела этих древних существ были хорошо приспособлены для полета. Полые тонкостенные кости образовывали облегченный скелет, длинные узкие крылья помогали взмывать в небо. Крупный мозг, занимавший весь соответствующий отдел черепа, развитое чувство равновесия и ориентации, отличное зрение способствовали искусному, маневренному полету. Без сомнения, они были опасными хищниками и зоркими охотниками, способными выслеживать и хватать добычу, будь то рыба, ящерица или насекомое, из самых разных положений. Эти животные обладали всеми характерными чертами, присущими их более поздним сородичам, и широко распространились по Земле: остатки древних птерозавров находят в Европе, Гренландии , Центральной Америке . Их совершенство говорит о длительной эволюции и многочисленных предшественниках, следы которых от нас, к сожалению, скрыты. С точки зрения систематики всех птерозавров разделяют на два подотряда: рамфоринхоидов и птеродактилоидов. Первые, обитавшие в триасовом и юрском периодах, предшествовали вторым, хотя некоторое время и пересекались с ними во времени.
|
Птеранодон, Северная Америка, 80 миллионов лет назад
|
Главная отличительная черта птерозавров - конечно же, умение летать. Они освоили активный полет, то есть махали крыльями, чтобы взлетать и удерживаться в воздухе. Как показала эволюция, осуществить такой полет можно различными способами, а потому летательный аппарат этих животных особенный, непохожий на птичий и мышиный. Два отдела представляют в нем особый интерес - это руки-крылья и хвост-руль. Плоскость крыла образована большой кожной перепонкой (брахиопатагиумом), натянутой, как уже упоминалось, между телом и сильно удлиненным четвертым пальцем кисти, а также кожной перепонкой поменьше (пропатагиумом), расположенной между плечом и предплечьем. Пропатагиум поддерживался палочковидной костью - птероидом, представлявшем собой окостенение мышцы, идущей вдоль переднего края этой кожной складки. Натяжение мышцы поднимало пропатагиум, что позволяло изменять аэродинамические свойства крыла. В крыле рамфоринхоидов была еще одна перепонка - уропатагиум, натянутая между задними конечностями и проходившая под хвостом. Вероятно, с ее помощью, если поджать хвост, птерозавр мог притормаживать, заходя на посадку.
Кожная перепонка летающих рептилий представляла собой удивительный материал, сложный и практичный, словно созданный неизвестным инженером с учетом всех летных характеристик. Основу его составляли ориентированные определенным образом эластичные волокна (актинофибрилы), каждое толщиной примерно 0,05 миллиметра. За их счет перепонка, будучи расправленной, туго натягивалась. В передней части брахиопатагиума волокна располагались почти параллельно «крыловому» пальцу, дальше назад их угол наклона к пальцу увеличивался. Ближе к краю перепонки появлялись дополнительные вставочные актинофибрилы, которые расправлялись только при полном раскрытии крыла, а в покое собирались в складки наподобие веера. К заднему краю крыла волокна подходили почти под прямым углом, что обеспечивало его жесткость в полете. Такая структура делала перепонку выпуклой вверху, создавая аэродинамический профиль крыла, необходимый для возникновения подъемной силы. Также ее пронизывала густая сеть кровеносных сосудов, служивших, возможно, для терморегуляции, когда тепло от тела распределялось на большую площадь перепонки, где быстрее рассеивалось.
У древних птерозавров был очень длинный хвост, состоящий иногда из 40 позвонков. Первые 5-6 были нормально развиты и подвижны, а последующие сильно удлинены и снабжены в несколько раз более длинными отростками. Эти отростки переплетались между собой, обеспечивая полную жесткость хвоста в полете. Хвост в основном опускался и поднимался, и только передняя его часть, свободная от «плетенки», могла двигаться влево и вправо. В полете хвост служил рулем: его жесткость была необходима при внезапных сменах направления, а функцию рулевой лопасти играла кожистая ромбовидная складка на кончике.
Активный полет птерозавров был возможен только при достижении ими достаточно высокого уровня метаболизма, а это - аргумент в пользу их теплокровности. Подтверждение этого - наличие густого волосяного покрова на теле и крыльях, который предотвращал потерю метаболического тепла, ведь за счет летательной перепонки площадь поверхности тела рептилий увеличивалась, а значит, увеличивался и расход тепла. У рамфоринхов мех был коротеньким - 2-3 миллиметра, а сордес носил шубку шестимиллиметровой толщины. Теплокровность давала еще одно преимущество птерозаврам. Вдыхаемый ими воздух нагревался и подавался в обширные воздушные мешки, занимавшие полости трубчатых и других костей, включая позвонки. Это еще больше увеличивало их воздушную «плавучесть».
Будучи прибрежно-морскими охотниками за рыбой, птерозавры проводили над водоемами большую часть времени. Садились ли они на воду и хорошо ли плавали? Сегодня в этом не сомневаются. Другой вопрос: могли ли они глубоко нырять за рыбой наподобие современных веслоногих птиц? Это вряд ли, учитывая, что крылья птерозавров, в отличие от птичьих, полностью не складывались, и растопыренные передние конечности с натянутой летательной перепонкой сильно тормозили движение птерозавров в воде, использовать же крылья как органы подводного движения было невозможно. Более того, птерозавры не могли нырять сколько-нибудь глубоко из-за малого удельного веса, виной чему их полые кости. По крайней мере у некоторых ящеров между пальцами стоп имелась перепонка, как у современных водоплавающих. Вероятно, они работали лапами, отдыхая на поверхности воды, а чтобы взлететь - выплывали на гребень волны.
|
Кецалькоатль, Северная Америка, 65,5 миллиона лет назад
|
В юрском периоде появились новые семейства птерозавров - птеродактилоиды, которые в течение 30 миллионов лет конкурировали с древними и в итоге вытеснили их. Кроме птеродактиля, птеранодона и орнитохейра в юрском и меловом периодах Землю населяли еще два десятка видов, своеобразных и специализированных для различных экологических задач. Механизм полета у них был другой: рамфоринхоиды летали более маневренно, используя хвост как балансир при поворотах, птеродактилоиды больше планировали. Видимо, с изменением способа полета и связаны основные изменения их анатомии. Птерозавры нового поколения располагали более совершенным дыхательным аппаратом, коротким хвостом, а также системой, еще более увеличивавшей жесткость позвоночника: длинной шеей со сросшимися в особую кость передними позвонками (нотариум) и сложным крестцом из 6-10 позвонков. У крупных птерозавров отсутствовала нижняя часть летательной перепонки - уропатагиум, и задний край брахиопатагиума крепился к костному тяжу на конце хвоста, образованному видоизмененными хвостовыми позвонками. Подъем и опускание хвоста изменяли угол наклона задней части брахиопатагиума, который мог функционировать как «закрылки», гасящие скорость во время приземления.
Ярким представителем нового типа птерозавров стал птеранодон, обитавший в морских проливах и на океанских берегах Североамериканского континента. При семиметровом размахе крыльев весил этот ящер всего 16,6 килограмма. Развивая максимальную скорость 50 км/ч, он планировал лучше, чем современные альбатросы, благодаря длинным узким крыльям и удерживался на лету при восходящем потоке скоростью всего 3,6 км/ч.
К середине мелового периода, 90 миллионов лет назад, разнообразие птерозавров уменьшилось, и на Земле осталось единственное семейство аждархид. Оно состояло из очень крупных особей, особенно к концу своего господства. Летающих гигантов такого размера Земля не знала ни до них, ни после. Беззубые, длинношеие рептилии безраздельно царили в прибрежных районах Лавразии и Гондваны в течение последующих 25 миллионов лет. Последние из аждархид - кецалькоатль, хацегоптерикс и арамбургиана - достигли колоссальных размеров. Размах крыльев кецалькоатля достигал 10 метров, хацегоптерикса - 12 метров. Когда в 1971 году кости кецалькоатля обнаружили на территории Техаса , ученые усомнились в его способности летать. Загадку удалось разрешить с помощью эксперимента, создав модели ящера в натуральную величину. Ученые потерпели множество неудач, пока путем проб и ошибок не усовершенствовали конструкцию механического птерозавра настолько, что он смог самостоятельно планировать. Внешность кецалькоатля была не менее выдающаяся, чем его размеры, во многом благодаря очень длинной шее. Представьте себе шейный позвонок 60 сантиметров длиной, а их у ящера было три, плюс еще шесть позвонков чуть меньшего размера. Чему служила такая огромная шея? Одно время думали, по аналогии с современными длинношеими грифами, что кецалькоатли питались падалью, в частности трупами динозавров. Американский палеонтолог Ван Лэнгстон считал, что дело в моллюсках и членистоногих, которых удобно добывать кончиками пинцетообразных челюстей, зондируя грунт на речном или озерном мелководье. Шея этих птерозавров, однако, не была столь подвижной, как у грифов, что делает обе гипотезы сомнительными. Более правдоподобна идея российского палеонтолога Льва Несова - первооткрывателя аждархид, считавшего их рыбоядными. Большая длина шеи позволяла гигантским ящерам долго лететь на небольшой «охотничьей» высоте, касаясь воды концами сомкнутых челюстей и держа туловище довольно далеко от поверхности.
Существует несколько неразрешенных вопросов, относящихся к обоим подотрядам птерозавров. Один из наиболее спорных: могли ли летающие ящеры передвигаться по земле и если могли, то как? Долгое время думали, что, оказавшись на земле, птерозавры становились совершенно беспомощными, они лежали на брюхе и продвигались вперед за счет пропульсивных движений задних конечностей наподобие современных пингвинов и тюленей. Но, скорее всего, это не так, и птерозавры могли передвигаться по земле довольно хорошо, остается, однако, неясным, как именно: используя все четыре конечности, то есть ноги и локти, или только ноги?
Об образе жизни и поведении птерозавров можно только догадываться, опираясь на аналогии с летучими мышами и современными прибрежными птицами вроде олуш и фрегатов. С этой точки зрения летающие ящеры, вероятно, жили большими колониями и обладали сложным половым поведением, о чем свидетельствуют костные гребни на черепах самцов и самок. Гребни самцов были хорошо развиты и разнообразны по форме, в брачный период они служили сигналами для самок совершать выбор, а также сдерживали агрессию других самцов.
Птерозаврам приписывали некоторые ископаемые яйца рептилий начиная с середины XIX века, но только в 2004 году появились первые достоверные находки из Китая и Аргентины . Теперь нет сомнений в том, что эти странные животные откладывали яйца, как другие рептилии и птицы. Яйцо птерозавра покрывала не известковая скорлупа, а кожистая оболочка, как у современных черепах. Это объясняет, почему находок так мало - ведь для их сохранения требуются исключительно благоприятные условия. Скелет эмбриона в яйце из Китая уже практически сформирован, значит, детеныши рождались активными и вскоре после вылупления начинали кормиться самостоятельно. Насколько птерозаврам была характерна родительская забота о детенышах, можно только догадываться. По крайней мере некоторые птеродактилоиды могли вскармливать еще не летающих детенышей полупереваренной пищей, хранившейся у них в горловом мешке, - обнаружено несколько отпечатков этого органа.
Сегодня известно, что птерозавры были высокоорганизованными и очень разнообразными животными, господствовавшими в воздухе большую часть мезозойской эры. Почему же количество их видов сокращалось на протяжении мелового периода? Одна из возможных причин - конкуренция с птицами, которые в то время уже были многочисленны. Из 16 семейств птерозавров осталось только одно, состоящее из настоящих гигантов. Они планировали над прибрежными водами океанов и морей в особо благоприятных погодных условиях. Реальную конкуренцию в воздухе им могли составить только крупные океанические птицы, но время их еще не пришло - эти птицы появились спустя миллионы лет после исчезновения последних птерозавров. Гигантов погубили не птицы, а узкие рамки их образа жизни. Глобальное похолодание климата 65 миллионов лет назад привело к резкому ухудшению погодных условий, возникновению частых штормов, ливней, сокращению теплых восходящих потоков воздуха над океаном. Последние птерозавры оказались слишком уязвимыми для таких изменений и исчезли.