УСТРОЙСТВО КРЫЛА

Крыло как машущая часть тела птицы способно немного разворачиваться, приобретая форму лопасти пропеллера при движении крыла вверх и вниз.

Ближе к телу — разворот небольшой. Дальше от тела разворот крыла увеличивается. Передняя часть крыла, более жесткая и многослойная из-за скелета крыла, кроющих перьев и подкрылков, опережает однослойные маховые перья при махах крыла. Эти изгибы крыльев, подобно вееру, гонят воздух назад — и птица движется вперед. Кроме того, у птиц с большой амплитудой маха при сближении крыльев над птицей и под ней происходит выдавливание воздуха назад. Гибкость крыла, способствующая закручиванию крыльев при махах в поперечном и продольном направлениях, как у лопастей пропеллера, — это один из главных секретов полета птиц. 

ХОРДООБРАЗНЫЙ ИЗГИБ КРЫЛА В ПОПЕРЕЧНОМ СЕЧЕНИИ

В ходе эволюции крылья, укрывая тело птицы, приняли изогнутую форму — по форме тела, что сказалось на подъемной силе крыла при горизонтальном планировании. Кроющие перья (надкрылки) создают выпуклость крыла сверху. Пуховые перья (подкрылки) немного выравнивают поверхность крыла снизу. Поэтому скорость движения воздуха над крылом больше, чем под крылом, что создает подъемную силу.

ЯЙЦЕОБРАЗНАЯ ФОРМА ТЕЛА ПТИЦЫ, направляющая потоки воздуха от маха крыльями назад.

ИЗОГНУТОСТЬ КРЫЛА КВЕРХУ В ВИДЕ РАКУШКИ (с большей выпуклостью на расстоянии 0,26 длины крыла от туловища птицы), направляющая потоки воздуха от основных маховых перьев 2-го и 3-го порядка и от развернутых веером перьев 1-го порядка назад.

ВЕРХНИЕ КРОЮЩИЕ ПЕРЬЯ (надкрылки) И НИЖНИЕ ПУХОВЫЕ ПЕРЬЯ (подкрылки).

При махе крыльев вверх надкрылки по инерции прижимаются к маховым перьям, выдавливая воздух назад, а подкрылки также по инерции своими концами отходят от маховых перьев, втягивая воздух в образовавшееся пространство. При опускании крыла — все наоборот. Надкрылки отходят от маховых перьев, втягивая воздух. Подкрылки выдавливают воздух назад. Получается насос, качающий воздух от крыла назад.

МАКСИМАЛЬНОЕ РАСКРЫТИЕ КРЫЛА (для малых птиц), когда дальний край крыла заходит далеко вперед, что увеличивает площадь крыла, его подъемную силу при взлете, а также увеличивает сопротивление воздуха при посадке.

УПЛОТНЕНИЕ ВОЗДУШНОЙ ОПОРЫ ПОД КРЫЛОМ ПТИЦЫ ПРИ МАХЕ ВВЕРХ

Благодаря расположению маховых перьев в виде опахала, когда одни перья заходят под другие в направлении к туловищу птицы (у больших птиц), происходит вот что. При махе крыльев вверх от наклона маховых перьев создается поток воздуха, движущийся в направлении к туловищу птицы, и назад — отчасти от изгиба маховых перьев, а в основном от покровных перьев. Под крылом создается вакуум, куда устремляется воздух. Скорость воздуха возрастает от туловища птицы к дальнему концу крыльев. Поднимаясь за крылом и встречая на своем пути препятствие в виде туловища птицы, два встречных потока образуют вихрь (или маленький «смерчик»): отличную опору для крыла при махе крылом вниз.

*  *  *

Интересен вопрос: с какой максимальной скоростью большие птицы могут махать крыльями?

Согласно моим экспериментальным данным, полученным на макете, при определенном наращивании махов крылом экранное полотно дальше не поднимается, а, наоборот, опускается ниже. Отсюда вывод: птицы чувствуют, когда при подъеме крыльев воздух под крылом уплотнен на оптимальном расстоянии от крыла, что позволяет сделать плавный волнообразный удар крылом по нему.

При более быстром махе воздух под крылом разреженный, а значит, будет увеличен пробег (опускание) крыла без опоры на уплотненный воздух, что приводит к потере скорости, большей нагрузке на крыло от удара по уплотненному воздуху на большем расстоянии от крыла.

Чем объясняется относительно большая скорость некоторых птиц в сравнении с другими птицами?

Уплотненный воздух под крылом дальше «прокатывается» по ширине и длине крыла. То есть большая часть крыла включена в работу по отталкиванию. Сравним с рыбой, которая движется извиваясь всем телом, в отличие от той, которая движется лишь с помощью плавников. В последнем случае она движется медленнее.

Стриж, например, имеет большую скорость, так как крылья у него расположены почти параллельно туловищу, что увеличивает пробег волны уплотненного воздуха под крылом.

У орла крылья широкие и длинные. Волна уплотненного воздуха имеет большую площадь и больший пробег под крылом. Этим объясняется большая скорость и большая грузоподъемность орла.

*  *  *

Работая над крылом махолета, я обнаружил маленький секрет скорости полета птиц. Изгибы крыла, перьев должны быть минимальными, чтобы напор воздуха назад был максимальным. Это обеспечивают гибко-жесткие конструкции крыла: скелет крыла, стволы перьев, волоски опахал. Это очень важно, так как обеспечивается пластичность движения, минимальная нагрузка на элементы крыла. Обеспечивается волнообразное движение крыла и соскальзывание воздуха с плоскости крыла, а не проваливание его вниз при большем наклоне крыла и перьев.

Аналогами явления уплотнения воздуха под изогнутой поверхностью при резких махах вверх и вниз можно назвать вытряхивание пыли из простыней или ковров двумя хозяйками или эффект хлопушки. У птиц уплотнение воздуха под крылом происходит сложнее, с завихрением, что создает более плотную «подушку» воздуха.

При махе крылом вниз у больших птиц происходит смыкание опахал маховых перьев, и накопившийся под крылом воздух находит выход назад — от изгибающихся маховых перьев 2-го и 3-го порядка, и расходится назад веером — от изгибающихся маховых перьев 1-го порядка. Волнообразное ускоренное движение воздуха от движения маховых перьев 1-го порядка — как самое сильное — облегчает полет птиц, летящих сзади под некоторым углом к впереди летящим птицам. В этом случае сзади летящая птица использует встречную волну воздуха, облегчающую изнурительное махание крыльями при дальних перелетах (подобно взлету против ветра).

Отсюда полет клином журавлей и других перелетных птиц.

*  *  *

Работа над изобретением махолета позволяет утверждать: только изучение секретов полета птиц и их успешное использование может помочь сконструировать летательный аппарат для индивидуального полета человека за счет мускульной тяги.

Если мы когда-нибудь полетим — то только подражая птицам!

*  *  *

*Василий Иванович Васильев (род. 04.03.1935) — инженер-конструктор, изобретатель, в настоящее время работает над созданием модели махолета (мускулолета).