ВМЕСТЕ С ДРУЗЬЯМИ

А. Феофилактов Когда же мы прокатимся на махолете?

     Человек давно уже летает быстрее, выше и дальше птиц, но все же нам есть чему у них поучиться.
     Возьмем хотя бы дикого гуся. Птица - важная, "историческая" и до сих пор задающая ученым немало головоломок. По современным аэродинамическим представлениям она... не должна летать.

Давайте прикинем. Гусь весом в четыре килограмма - не редкость. Если бы он пожелал взлететь вертикально вверх, "по-вертолетному", то должен был бы иметь мощность... в одну лошадиную силу (736 Вт.) Гусь - увы - не такой титан, развиваемая им мощность отнюдь не столь велика. Биофизики точно рассчитали - она в сто раз меньше. Правда, гусь взлетает не "по-вертолетному", а с разбегом, подобно самолету. Но и тут получается, что для достижения скорости 70 - 80 км/ч (а именно такова она у стаи этих птиц при дальних перелетах) нужна мощность 30 - 40 Вт. Гусь же может развивать не более 17 Вт.
     Лет двадцать назад за рубежом попытались сделать самолет-разведчик, оснащенный телекамерой. Был он размером с гуся, имел мотор мощностью около 2 кВт. Машина неплохо летала, но в воздухе могла продержаться не более двух часов. А вот гусь способен без передышки находиться в полете 10 - 12 часов!
     Полет его очень экономичен. Впрочем, как и других птиц. Крохотные колибри способны пролетать по 800 км над морем. Пташки весом 60 - 90 г покрывают при сезонной миграции расстояния в 2 - 3 тысячи км, теряя при этом до 30% веса. В пересчете на самолет это означало бы, что машина в 300 кг расходовала всего 1 кг топлива на 100 км!
     Есть разные точки зрения о причинах столь высокой эффективности машущего полета. Но прежде чем обратиться к этой проблеме, небольшое отступление.
     Однажды интерес к птицам особенно обострился. Попытались разгадать секрет их ориентации, умения находить родное гнездо за тысячи километров. Прежде этой проблемой интересовались только орнитологи да некоторые любознательные, но в конце 50-х годов ею занялись военные. Оно и понятно. Точность наведения межконтинентальных ракет в то время оставляла желать лучшего. Решения проблемы искали по многим направлениям. Наконец нашли, и интерес к птичьим хитростям у военных пропал.
     А так уж повелось в этом мире, что идеи не боевого плана, как и не сулящие хороших прибылей, развиваются слабо. К сожалению, так случилось и с изучением машущего полета. Ни в одной стране эта тема не была признана перспективной.
     У нас ею занимались энтузиасты, объединявшиеся в организации, имевшие разные названия, но всегда практически нулевое финансирование. Любители проводили научную работу, делали летающие модели и даже опытные образцы. На снимке из газеты 1959 года (рис. 1) вы видите летчика Д.Ильина возле одного из своих махолетов. К сожалению, его прекрасные машины делали только эффектные подскоки, но так и не сумели отправиться в свободный пилотируемый полет. Впрочем, такова судьба всех махолетов, имевших размеры достаточные, чтобы разместить пилота. Один из их создателей после множества разочарований с горечью заметил: птица, мол, летает, опираясь на силу своей воли, и законы аэродинамики тут ни при чем...

Рис. 1. 1959 год, бывший летчик-истребитель Д.Ильин возле одного из своих махолетов. Таких изящных машин с желтоватыми крыльями из стеклопластика было построено несколько, но ни одна из них не летала...

     Думается, это неоправданный пессимизм. Даже любительское наблюдение за поведением птиц показывает, что они очень искусно умеют пользоваться малейшим порывом ветра или восходящим потоком воздуха. Иными словами, мастерски извлекают энергию из окружающей среды.
     Очень интересные результаты дала съемка полета гусиной стаи, сделанная английскими кинематографистами с борта аэростата. По ней заметно, что взмахи крыльев птиц строго согласованы и пробегают по группе в виде упорядоченных волн. Крики пернатых служат синхронизации и согласованию фаз взмахов. Вожак же отнюдь не начальник, а этакий диспетчер, дирижер. Напрашивается предположение, что при такой организации у птиц появляется возможность использования энергии вихрей, сбегающих с крыльев друг друга. И, быть может, высокая эффективность полета заключена именно в этом.
     Не так уж сложно получить спектр обтекания крыла самолета в аэродинамической трубе. Хорошо различимы отдельные струйки и вихри воздуха.
     Другое дело машущий полет. Поскольку все точки птичьего крыла имеют разные линейные скорости, а различные участки встречают воздух под различными углами атаки, спектр его обтекания должен носить очень сложный характер. Самое печальное в том, что наука пока не располагает средствами для его наблюдения. Отсюда в первую очередь и проистекает, наверное, "загадочность" машущего полета.

Рис. 2. П.Гроховский еще в 1938 году опубликовал проект гигантского многокрылого воздушного корабля, развивающего скорость около 1000 км/ч.

     Это напоминает неразгаданный до сих пор механизм работы мозга. Правда, тут выручает во многом компьютер, принципы работы узлов которого нередко служат образцом для построения теорий, объясняющих деятельность отдельных участков нервной системы. Бывают, но гораздо реже, и обратные примеры. Еще Леонардо да Винчи заметил, что крыло птицы очень сложно по своему строению, и при создании летательных аппаратов предлагал брать за образец летучую мышь. Но и это оказалось сложновато, люди предпочли изобрести парящий полет.
     Давно намечена и программа разработки машущего полета с упором на упрощенное крыло типа самолетного. А чтобы не столкнуться с непонятной пока сложностью воздушных течений на крыле, делающем классический взмах, рекомендуется и движение самого крыла упростить до предела. Пусть оно перемещается как бы параллельно самому себе. На рисунке 3 показаны отдельные фазы работы машущего крыла на таком принципе.

Рис. 3. Проект махолета с параллельным взмахом крыла: а - начало взмаха; б - его окончание. Полет совершается по волнообразной траектории.

     Многое по созданию аппаратов такого типа сделал Г.С.Васильев. В своей книге "Основы полета моделей с машущими крыльями" (Москва, 1953 г.) он описал одну из них, построенную еще в 1923 году немецким инженером Рейфенштейном (сам принцип махолета с параллельным взмахом крыла был разработан в России в 1911 году). Чертежи ее приведены на нашем рисунке 4. Крыло имеет жесткую переднюю кромку и гибкие бамбуковые хвостовые части нервюр. Оно жестко связано с двумя шатунами, приводимыми в движение кривошипами. Последние имеют общий вал, на который намотана нить мотора, приводимого в движение шестью резиновыми нитями сечением 2 мм² каждая и длиною 140 мм (в растянутом состоянии 840 мм). Модель весила 120 г и совершала 10,7 взмаха в минуту. Дальность полета составляла 20 м при длительности 5 секунд. Резиномотор весил 1,5 грамма и мог развивать мощность в 1,3 ватта. Иными словами, мощность всего 10,8 ватта приходилась на один килограмм веса модели. Скорость полета, конечно, была маленькая, но огромные энергетические преимущества машущего полета и здесь налицо.

Рис. 4. Резиномоторная авиамодель махолета, сделанная еще в 1923 году немецким авиамоделистом Рейфенштейном. Ее энергетические характеристики были ничуть не хуже, чем у птиц...

     Важно отметить, что машущее крыло с параллельным взмахом поддается наблюдению в аэродинамических трубах. Его работу можно смоделировать и на компьютере с высоким быстродействием.
     Не означает ли все это, что открывается путь к созданию эффективных экономичных бесшумных летательных аппаратов с машущим крылом? Вам решать.