Как известно, 08.08.2010 г. состоялся первый полет на аппарате SNOWBIRD с машущими крыльями, которые приводились в движение только мускулами человека.

Несмотря на то что взлет аппарата не был самостоятельным — его разгонял автомобиль буксировщик, на мерном отрезке длиной 145 м в течение 19,3 с аппарат выдерживал постоянными высоту (4,87—4,9 м) и скорость (7,43—7,52 м/с), т.е. совершал установившийся полет за счет тяги своих крыльев. Этот полет и был зафиксирован в качестве рекордного вице-президентом FAI Джеком Хэмфри.
Невольно возникает вопрос: почему так поздно это произошло? Почему орнитоптер-мускулолет полетел на 42 года позже, чем человек ступил на поверхность Луны? Какие секреты машущего крыла мешали сделать это раньше?
Все дело в том, что машущее крыло птицы, летучей мыши, насекомого и даже пингвина под водой создает тягу, обеспечивающую такую скорость передвижения, при которой на крыле возникает необходимая подъемная сила. С тем, как возникает подъемная сила на крыле, разобрались относительно быстро, а вот с тягой вышла заминка. Поэтому первый самолет, поднявшийся в воздух в 1913 г., был построен по древнеримскому принципу «разделяй и властвуй» — крыло давало подъемную силу, а тягу — давно известный винт.
Так и получилось, что трудная задача с секретами была отложена в сторону, и авиация развивалась своим найденным путем.
Как же образуется тяга на крыле, колеблющемся в плоскости, перпендикулярной направлению полета?
В 20—30-е гг. для объяснения этого была выдвинута гипотеза «гребного полета», проводившая аналогию с движением по воде гребной лодки. С лодкой все ясно: гребец отталкивается от воды, пока в ней вязнут весла, формируя паразитные вихри, и перемещает за это время лодку. Но крыло-то машет перпендикулярно направлению движения. И с вихрями тут полная неясность. Самолетчики боялись срывного обтекания, с вихрями.
Гипотезу эту отложили и забыли про нее, а зря, т.к. частично она кое-что объясняла и зерно истины в ней было.
В 1937 г. в СССР выходит книга будущего соратника С.П.Королева, М.К.Тихонравова «Полет птиц и машин с машущими крыльями», где предлагалась приблизительная модель образования тяги машущего крыла с позиций стационарной аэродинамики без учета возможности срывного обтекания. В ней принималось, что на всех участках траектории крыла угол атаки не превышает критический, т.е. для большинства профилей это не больше 15°. Методом исключения выбирались сочетания угла атаки крыла с направлением вектора интегральной скорости от сложения скоростей махов и набегающего потока, дающие аэродинамическую силу, одной из составляющих которой была тяга. Необходимые при этом величины углов поворота крыла под действием аэродинамических сил относительно жесткой передней кромки требовали определенной упругости лопасти крыла. Так как линейные скорости концевых частей крыла при махании были больше, чем корневых, а следовательно, и аэродинамические силы там были больше, то концы крыла и должны были давать тягу, а центроплан — подъемную силу.
Согласно гипотезе М.К.Тихонравова концевая часть машущего крыла подобно вееру отбрасывала воздух назад, образуя тягу. Это достигалось упругостью крыла в поперечном сечении, т.е. вдоль профиля крыла, или вдоль хорды, как говорят в авиации.

Рис.1. Внешний вид аппарата А.И.Болдырева с колеблющимся подкрылком.

«Веерный эффект» — это реальность, которую трудно оспорить. Этот принцип позднее, в начале 50-х гг., был использован для получения тяги на летательном аппарате с колеблющимся предкрылком, построенном в МАИ А.И.Болдыревым (рис.1). Этот аппарат, профессионально спроектированный и построенный, из-за бюрократической волокиты так и не был испытан (рис.2). Модели указанной схемы успешно летали.

Рис.2. Компоновка аппарата А.И.Болдырева.
Однако наблюдения естествоиспытателей и киносъемки не подтверждали значительных крутильных деформаций машущих крыльев в обычном установившемся полете. И модель Тихонравова не объясняла механизм образования тяги при нулевой поступательной скорости, т.е. в случае взлета и висения в воздухе.
Дальнейшее развитие гипотеза образования тяги машущим крылом получила в целой серии работ, написанных в период 1942—1954 г. представителем школы классической аэродинамики заслуженным деятелем науки и техники СССР В.В.Голубевым (1884—1954).
Еще в 1912 г. знаменитый аэродинамик Теодор фон Карман (1881—1963), наблюдая полоскание полотнища флага на ветру и колебания тростинки поперек потока воды под действием возникающих за ней вихрей, разработал теорию спутной струи в виде вихрей, располагающихся в шахматном порядке, которая стала называться «вихревой дорожкой Кармана».
В.В.Голубев пришел к выводу, согласно которому спутная струя позади машущего крыла представляет такую же вихревую дорожку, но с направлением вращения вихрей, противоположном тому, какое имеют вихри в известной дорожке Кармана. Такую дорожку стали называть «дорожкой Голубева» или «обращенной дорожкой Кармана» (рис.3).

Рис.3. Вихревая дорожка Голубева.
Измененное направление вращения вихрей в дорожке Голубева обеспечивает их взаимодействие, которое выражается в перемещении массы среды спутной струи в направлении набегающего потока, т.е. образуется тяга. Величина тяги вычисляется по формуле, предложенной еще Карманом для определения сопротивления, только с обратным знаком. Для образования тяги необходимым является соблюдение условий устойчивости дорожки — отношение скорости махов к скорости полета должно лежать в диапазоне 0,562—0,814. Кроме этого, такой важный параметр, как величина хорды крыла, вычислялся по найденной формуле в зависимости от установочного угла атаки и параметров устойчивости вихревой дорожки. Подъемная сила машущего крыла по Голубеву та же, что и у стационарного, т.е. немашущего. Результаты теоретических работ В.В.Голубева по машущему полету были подтверждены экспериментами, проведенными сотрудником Института механики к.т.н. Я.Е.Полонским в 1948 г. на специальной установке в гидроканале МГУ.
Однако такие режимы полета, как висение на месте и взлет, когда нет поступательной скорости аппарата, теория В.В.Голубева также объясняла не совсем удовлетворительно. Неясным оставался механизм формирования вихрей вблизи крыла, а также вопросы, связанные с углом атаки крыла (он, как и у М.К.Тихонравова, принимался докритическим) и поперечной его упругостью.
Ясность в понимании этих вопросов пришла значительно позже. Как говорил один богослов по имени Мендол Крейтон (1843—1901), «всякое истинное знание противоречит здравому смыслу», а здравый смысл подсказывал профессионалам от авиации, что все летательные аппараты должны летать на докритических углах атаки. Естественно, никто не думал, что машущее крыло или его часть будут работать на закритических углах атаки.

Рис.4. Устройство для подводного плавания аквеон.
На эти крамольные мысли теоретиков подтолкнули практики, создавшие «подводные махолеты», которые «полетели» раньше, чем канадский SNOWBIRD в 2010 г. Так, например, один ученый-гидродинамик из США после 17 лет исследований создал «Аквеон» — аппарат для перемещения аквалангиста под водой (рис.4). Это были два тандемно расположенных узких деревянных крыла, прямоугольных в плане с размахом чуть больше метра, соединенных дюралевой трубой и упругими растяжками. Переднее крыло было основной рабочей поверхностью, а заднее стабилизатором. Аквалангист встраивался в устройство таким образом, что при его горизонтальном положении ноги, закрепленные на стабилизаторе, могли сгибаться и выпрямляться, имитируя движения хвоста дельфина. При этом колебалось основное переднее крыло. Устройство позволяло проплыть 45 км за 12 ч. А затраты мускульных усилий при плавании с аквеоном были в 5 раз меньше, чем с использованием ласт.
В 1993 г. шведским конструктором А.Сахлиным был создан «Трампофойл» — плавсредство, приводимое в движение человеком(рис.5). Это своеобразный велосипед на подводных машущих крыльях. Он не имеет вращающихся частей и очень похож на аквеон. Спортсмен, стоя над главным подводным крылом и совершая постоянные легкие подпрыгивания без отрыва ступней от опоры, вызывает вертикальные колебания крыла в воде, создающие тягу. Но на старте трампофойл обязательно требовал наличия начальной скорости — рывка. Средняя развиваемая скорость — 12,6 км/ч (7 узлов), максимальная — 19,8 км/ч (11 узлов). В Швеции регулярно проводятся соревнования на трампофойлах. Этот аппарат продавался и в России в сети спортивных магазинов.

Рис.5. Трампофойл — плавсредство на подводных крыльях, приводимое в движение мускульными усилиями человека.
К чему приведены эти примеры? Да к тому, что «машущие» крылья описанных устройств не были эластичны в поперечном направлении и не меняли углы атаки, а если и меняли, то не существенно. Наконец-то стала вырисовываться картина механизма образования тяги на машущем крыле. Оказывается, для этого достаточно иметь даже жесткое крыло. Главное, чтобы геометрические параметры крыла и динамические — колебаний — отвечали условиям устойчивости дорожки Голубева. Этот «устойчивый режим» обеспечивает встречу машущего крыла (установочный угол атаки его постоянен) с потоком, вектор которого есть сумма векторов скорости маха и набегающего потока, под закритическим углом атаки, вызывающим образование вихря за передней кромкой крыла. Над верхней его поверхностью при махе вниз и над нижней его поверхностью при взмахе. Возникшие вихри отрываются периодически от крыла в точке достижения максимальной скорости маха или чуть позже и выстраиваются в спутной струе в виде дорожки Голубева. Эти вихри индуцируют движения основной массы среды спутной струи по направлению, обратному полету, то есть отбрасывают воздух назад, образуя тягу.
Следует добавить, что В.А.Киселевым, возглавлявшим много лет группу машущего полета в МАИ, было замечено, что коэффициент подъемной силы машущего крыла больше по сравнению с немашущим. Это можно объяснить тем, что в процессе полупериода движения крыла от мертвой точки до точки срыва вихря режим обтекания профиля не является срывным, в течение этого времени нарастающий вихрь как бы деформирует абрис профиля и набегающий поток воспринимает его как супертолстый.
Вот тут в самый раз вспомнить о «гребном полете». Как ни рассуждай, а получается, что концевые части крыла при махе вниз как бы опираются на воздушную массу под крылом, выдавливая ее из-под себя и заставляя эту массу воздуха перетекать на верхнюю поверхность. Крыло воспринимает противодействие, которое  и есть результирующая аэродинамическая сила. А горизонтальная составляющая этой силы и будет тягой. Точно так же и с веслом. Когда мы делаем гребок, мы ощущаем опору в воде, которая есть не что иное, как силы инерции массы воды, выдавливаемой из-под весла и закручивающейся в вихрь.
Ну а что же с режимами взлета и висения на месте, когда поступательной скорости нет? Здесь следует вернуться к веерному эффекту. Замечено, что взлетая, птицы увеличивают частоту махов вдвое и выше. При висении на месте частота махов также больше, чем в горизонтальном полете. Можно предположить, что в этих случаях благодаря увеличению аэродинамических сил и имеющейся упругости крыла в поперечном направлении наблюдается его крутка относительно передней кромки, и оно работает как веер, или как колеблющийся предкрылок А.И.Болдарева, давая тягу. Птицы, висящие в воздухе, занимают такое положение, чтобы тяга была направлена вверх.
Колеблющийся веер гонит от себя массу воздуха в завихренном виде, при этом картина взаимодействия аэродинамической поверхности со средой несколько иная. Около перемещающейся кромки формируется «начальный вихрь Прандтля», один за другим при каждом взмахе. При этом поверхность веера еще и взаимодействует с созданными ею же вихрями, возвращая себе их энергию, как было замечено известным французским авиастроителем Эмилем Эмишеном (1950 г.). Возможно, что часть крыла птицы, дающая тягу и состоящая из крупных маховых перьев, сходящихся очинами почти в одну точку, и послужила прототипом веера в древности.
Есть у машущего полета и другие секреты.
Одним из главных козырей у противников машущего полета были указания на трудности и потери в преодолении тех инерционных сил, которые возникали при колебании крыла. Двигатели будущих махолетов будут вынуждены совершать работу  против сил инерции как замедляя крыло до полной остановки в верхней и нижней мертвых точках, так затем и ускоряя его. Подсчитали, что полное количество инерционной работы составит около 54% от суммарной, даже с учетом компенсации ее части аэродинамическими силами при взмахе.
Однако указанная проблема решается, если колебания крыла превратить в автоколебания путем встраивания в колебательную систему упругого элемента — осциллятора. Тогда никаких паразитных потерь энергии не будет. Кинетическая энергия машущего крыла будет плавно перетекать в потенциальную энергию упругого элемента и обратно, повторяя циклы. Максимальная амплитуда маха будет соответствовать располагаемой мощности в состоянии резонанса. При этом колебательный контур махолета выполняет роль аккумулятора энергии, максимум которой соответствует резонансной амплитуде. Кроме того, для мускульного махолета сказанное выше упрощает конструкцию привода, снимая проблемы преодоления большого момента от подъемной силы на крыле, равной половине веса аппарата, помноженной приблизительно на четверть размаха крыла. Раскачать крылья мускульного махолета с резонансным приводом (заявка ******* Булычева М.Г.от 21.01.1988 г.) сможет даже ребенок, конечно только из состояния равновесия, когда аппарат находится в режиме планирования.
В природе резонансный принцип реализуется путем использования упругих свойств как мышечных волокон (резилин, эластин), так и рабочих органов машущих движителей (эластичный хитин у насекомых, перьевой покров у птиц, перепонка летучей мыши и т.д.).
В машущем полете есть еще один секрет, который не является очевидным, а обнаруживается только тогда, когда приступаешь к конкретному инженерному аэродинамическому расчету аппарата по методу Жуковского. Мощность, потребная для установившегося полета, равна произведению тяги на скорость, а тяга должна быть равна аэродинамическому сопротивлению аппарата. Но для аппаратов-немахолетов, летающих с дозвуковой скоростью, сопротивление крыла составляет до 50% суммарного сопротивления. А если машущее крыло дает не сопротивление, а тягу, то значит, для махолета сопротивление потоку оказывает только фюзеляж с оперением. Пропеллер тащит фюзеляж, крыло и оперение, а машущее крыло тащит то же, но без крыла, так как само выполняет функцию пропеллера, хотя дает и подъемную силу.
Короче, получается, что аэродинамическое качество махолета в полете, а не в планировании, почти вдвое выше чем у самолета.
Вот в основном все главные секреты машущего полета, которые стоит знать, прежде чем браться за постройку махолета.