Кто как летает

Подняться в небо — давняя мечта человека. Легенды и документы сохранили нам историю борьбы человека за овладение воздушной средой. От мифического Икара и великого Леонардо до безвестных крепостных и ремесленников тянется цепь попыток преодолеть силу земного притяжения.
Совершенно естественно, что в поисках секретов полета человек всегда обращался к птице. Однако попытки подражать птицам были заранее обречены на неудачу. Успех пришел только тогда, когда человек отказался от принципа машущего крыла и разработал другой тип полета — полет на неподвижных крыльях. На этом пути давно уже перекрыты все рекорды птиц. Самолет летает выше, быстрее и дальше. Казалось бы, машущий полет — пройденный этап. Однако получилось наоборот. Успехи авиации и развитие аэродинамики вновь вызвали в последние годы повышенный интерес к машущему полету. Полет птиц обладает такими качествами, как необычайная маневренность, надежность, безопасность, экономичность, которые пока еще недостижимы в авиации.
Но не только практические задачи авиастроения вновь пробудили интерес к машущему полету. В последние годы больших успехов добилась бионика, молодая наука, изучающая принципы построения и работы живых организмов и использующая эти принципы в технике. Бионические исследования в аэродинамике позволили создать теоретические основы машущего полета. Они открыли принципиально новые явления в области полетов с неустановившимся движением и позволили вскрыть сложные механизмы управления этими полетами. Исследования обогатили классическую аэродинамику новыми фактами и позволили объяснить многие явления, необъяснимые в рамках стационарной теории.
В чем же принципиальное различие полета птицы и самолета?
Прежде всего в том, что крыло птицы совмещает функции двигателя и собственно крыла. Оно одновременно создает и тягу и подъемную силу. Во время махов вниз более подвижная, кистевая часть крыла перекручивается и как бы ввинчивается в воздух, увлекая за собой птицу. Одновременно на плечевой части крыла за счет поступательного движения возникает подъемная сила (см. схему к рис. № 8).
Второе и, пожалуй, более существенное различие состоит в том, что летательный аппарат птицы в отличие от самолета не имеет жестких аэродинамических характеристик. Эти характеристики постоянно меняются на различных режимах полета и даже в течение одного маха. Изменяя площадь несущих поверхностей, угол атаки крыла, его профиль, поверхность лобового сопротивления и центр тяжести, птица рефлекторно управляет потоком обтекания, все время создавая наиболее эффективный режим работы крыла. Этой же цели служат и различные приспособления, которые автоматически регулируют пограничный слой воздуха, предотвращая появление завихрений и увеличивая подъемную силу. Сюда можно отнести микрорельеф поверхности крыльев: «крылышко» (устройство, аналогичное предкрылку самолета), разрезную вершину крыла, механизм перекручивания маховых перьев и ряд других приспособлений.
Полет птиц явление не только физическое, но прежде всего биологическое. Нельзя понять механику полета, не учитывая его биологическую сторону. В жизни птиц полет играет необычайно важную роль. Полет — это поиск пищи и мест для гнездования, способ охоты и способ бегства. Как и любое другое проявление жизнедеятельности, полет является результатом сложного комплекса морфо-экологических приспособлений к определенным условиям существования. Под воздействием этих приспособлений и в строгом соответствии с основным жизненным назначением полета формируется летательный аппарат и летные качества у каждого конкретного вида птиц. Разнообразие, а порой противоречивость этих формообразующих условий, сложность всех биологических взаимосвязей в жизни птиц порождают большое различие в строении летательного аппарата, а также разнообразие типов форм и режимов полета, которые мы наблюдаем в природе.
Кроме обычного прямолинейного машущего полета, птицы могут планировать, парить, пикировать, трепетать на месте. Они могут лететь, едва шевеля крыльями, а могут работать ими с недоступной для глаз быстротой, могут делать незначительные взмахи, а могут так глубоко опускать и поднимать крылья, что те будут хлопать друг о друга.
Каждая птица, как правило, пользуется несколькими типами полета, в зависимости от ситуации, тем не менее можно заметить, что каждая птица в большей степени использует какой-то один тип полета, наиболее полно отвечающий потребностям того вида, к которому она принадлежит. Так, например, для лесных птиц характерен энергичный маневренный полет. Эти птицы почти никогда не пользуются парением. Полет среди препятствий, частая смена направлений требует кратковременного создания большой подъемной силы. Этому соответствует и конструкция крыла. Оно широкое, с хорошо развитым «крылышком», которое предотвращает срывы воздуха при больших углах атаки. Для них характерна также разрезная вершина крыла, которая увеличивает подъемную силу за счет перекручивания маховых перьев. Каждое перо в этом случае работает как маленькое крыло (см. схему к рис. № 11). В связи с высоким лобовым сопротивлением такого крыла полет лесных птиц требует большой затраты энергии, поэтому у лесных птиц хорошо развита мускулатура крыла и сердца.
Для открытых пространств — степей, океанов, гор, где всегда есть движение воздуха, характерны птицы-парители. Они имеют гораздо большие по площади крылья, чем лесные птицы. У них длиннее несущая часть крыла и короче «крылышко». Хвост имеет меньшие размеры, так как управление полетом осуществляется в основном крыльями. Поскольку парение — самый экономичный тип полета и требует наименьших затрат энергии, мышцы крыла и сердце птиц-парителей слабее, чем у птиц, пользующихся машущим полетом.
Способностью летать обладают не только птицы, но и насекомые, а из млекопитающих — рукокрылые. Многие группы позвоночных имеют различные приспособления, позволяющие им планировать. У млекопитающих планируют белки-летяги, шерстокрылы. У пресмыкающихся — некоторые виды ящериц, лягушек и змей. Планирующим полетом пользуются летучие рыбы.
Планирование животных — одна из наиболее простых форм полета. Скорее даже это замедленный прыжок или удлиненный бросок, поскольку животное не может подняться выше той точки, откуда оно начало свой планирующий полет. Тем не менее он значительно расширяет возможности животных и становится для них такой же привычной формой передвижения, как бег или лазание.
В предлагаемой подборке открыток показаны наиболее характерные типы полета, включая и планирующий прыжок. Здесь не ставилась цель дать подробный анализ механики и биологии полета, хотелось лишь показать сложность и многообразие этого, на первый взгляд, хорошо знакомого явления и напомнить о познавательной ценности мира живой природы, который всегда будет для человека неисчерпаемым источником научных открытий.

В. Горбатов

1. Создание тяги
2. Создание подъемной силы при машущем полете

СЕРАЯ ВОРОНА

В природе наблюдается большое разнообразие полетов: полеты планирующие, скользящие, машущие. Это разнообразие — результат специализации летательного аппарата птиц в соответствии с различными биологическими потребностями каждого вида. Не все птицы обладают какими-либо характерными летными качествами. Есть птицы, умеющие все понемногу. В качестве примера такого неспециализированного полета можно привести полет серой вороны. Летает серая ворона довольно медленно и тяжело, однако уверенно чувствует себя в воздухе. Она способна делать в воздухе броски, перевороты, сложные пируэты; умеет пикировать, пользоваться скользящим полетом, парить. Скромные, но универсальные летные возможности вороны в сочетании с осторожностью и находчивостью этой умной и смелой птицы делают ее поведение очень гибким и позволяют ей приспосабливаться к любым условиям существования.

Художник В. Горбатов
© «Изобразительное искусство». Москва, 1978. 4-318. Ц. 3 к. Тираж 200000.
Пересылке по почте в открытом виде не подлежит. 212431 1. КПК. Заказ 2344.
Г

80205-001
024(01)-78
217-77

Силуэты хищных птиц
1. Ястреб — маневренный полет
2. Сокол — скоростной полет

ЯСТРЕБ-ТЕТЕРЕВЯТНИК

Характерная черта полета ястребов (тетеревятника и перепелятника) — необычайно высокая маневренность. Стремительный порывистый полет в чаще леса, резкие повороты и торможение, частые взлет и посадка — типичные черты охотничьего стиля лесных ястребов. И если у соколов, охотников открытых пространств, относительно длительный скоростной бросок — пикирование, то для ястреба характерна серия коротких резких бросков — маневров. Маневренность и режим частых ускорений требуют кратковременного создания большой подъемной силы. Этому соответствует крыло с ярко выраженной разрезной вершиной и длинное «крылышко», которое предупреждает срывы воздушных потоков за крылом. Широкий и длинный хвост является отличным рулем и стабилизатором, а при посадке — тормозом.

Художник В. Горбатов
© «Изобразительное искусство». Москва, 1978. 4-318. Ц. 3 к. Тираж 200000.
Пересылке по почте в открытом виде не подлежит. 212431 1. КПК. Заказ 2344.
Г

80205-001
024(01)-78
217-77

Направление тяги
1. В трепещущем полете
2. В машущем полете

ПУСТЕЛЬГА

Когда птице нужно остановиться в воздухе, она пользуется трепещущим полетом. Птица начинает быстро и глубоко работать крыльями, направление взмахов становится более горизонтальным, а тело птицы, наоборот, принимает более вертикальное положение. Тяга крыла направлена вверх, она совпадает с подъемной силой и равна весу птицы. Хвост широко раскрыт. Это помогает гасить колебательные движения тела, вызванные работой крыльев.

Такой способ полета позволяет птице на несколько секунд зависать в воздухе. Так зависает над полями пустельга, высматривающая мышь, зимородок над рекой. Трепещущим полетом пользуются крачки, чайки и многие мелкие птицы. Такой полет утомителен для птиц, поэтому он не бывает продолжительным.

Художник В. Горбатов
© «Изобразительное искусство». Москва, 1978. 4-318. Ц. 3 к. Тираж 200000.
Пересылке по почте в открытом виде не подлежит. 212431 1. КПК. Заказ 2344.
Г

80205-001
024(01)-78
217-77

Траектория крыла колибри
1—3 — мах вперед
4—6 — мах назад (крыло перевернуто)

КОЛИБРИ

Очень своеобразным так называемым вибрационным полетом пользуются колибри. Эти удивительно яркие, отливающие металлическим блеском птички кормятся на лету, повиснув в воздухе перед цветком и высасывая нектар своим трубкообразным языком. Стремительными рывками перелетает птица от цветка к цветку. Крылья работают с такой быстротой, что их не видно. Количество взмахов в секунду некоторых видов достигает 70. Вибрационный полет колибри можно сравнить с полетом вертолета. Колибри может зависать на месте, двигаться вверх, вниз, в сторону и даже назад. Колибри затрачивают при полете большую энергию, поэтому у них необычайно развитые, мощные сердце и мышцы относительно общего веса, большая дыхательная поверхность легких и очень интенсивный обмен веществ.

Художник В. Горбатов
© «Изобразительное искусство». Москва, 1978. 4-318. Ц. 3 к. Тираж 200000.
Пересылке по почте в открытом виде не подлежит. 212431 1. КПК. Заказ 2344.
Г

80205-001
024(01)-78
217-77

1. Обтекание крыла воздухом (вил сверху)
2. Работа «крылышка» при больших углах атаки (а)
А — «крылышко» прижато (возникают вихри)
Б — «крылышко» отведено (вихри исчезают)

ГЛУХАРЬ

Для отряда куриных птиц (глухарь, фазан, тетерев, рябчик и другие) характерен чрезвычайно энергичный, однако непродолжительный полет. Иногда его называют хлопающим. Летают куриные редко и неохотно, так как все необходимое — корм, условия для гнездования, защиту от опасности — они находят на земле. Обычно, заметив опасность, птица затаивается и взлетает только в самый последний момент. Подъем — стремительный, крутой, шумный. Оторвавшись от преследователя, птица переходит на менее утомительный скользящий полет, затем снижается и спешит спрятаться на земле. В соответствии с характером полета сформировался и летательный аппарат этих птиц. Короткое крыло имеет сильно разрезанную вершину, развитое «крылышко» и обеспечивает наивысшую подъемную силу и скорость взлета.

Художник В. Горбатов
© «Изобразительное искусство». Москва, 1978. 4-318. Ц. 3 к. Тираж 200000.
Пересылке по почте в открытом виде не подлежит. 212431 1. КПК. Заказ 2344.
Г

80205-001
024(01)-78
217-77

1. Крыло стрижа
2. Крыло вороны
А — пропеллирующая часть
Б — несущая часть

ЧЕРНЫЙ СТРИЖ

Одна из самых быстролетных птиц — стриж. Часами реет он в летнем небе, не испытывая ни малейшей усталости. Воздух — его стихия. В воздухе он кормится. На лету купается и пьет, а по некоторым данным, может даже спать. Узкие, длинные, скошенные назад крылья стрижа слегка изогнуты и имеют острые окончания. У них очень развита кистевая, пропеллирующая часть, создающая тягу. Такие крылья прекрасно приспособлены к продолжительному скоростному полету.
По характеру полета и способу добывания пищи (он не в состоянии брать корм иначе, как в стремительном полете) стриж оказывается подчас в неблагоприятных условиях. В холодные ненастные дни лета, когда в воздухе нет насекомых, птица впадает в оцепенение.

Художник В. Горбатов
© «Изобразительное искусство». Москва, 1978. 4-318. Ц. 3 к. Тираж 200000.
Пересылке по почте в открытом виде не подлежит. 212431 1. КПК. Заказ 2344.
Г

80205-001
024(01)-78
217-77

Силуэты парящих птиц
1. Орел — статическое парение
2. Альбатрос — динамическое парение

БЕРКУТ

Парение в восходящих потоках воздуха называется статическим. Попав в восходящий поток, птица планирует вниз, и, если при этом возникает подъемная сила больше веса птицы, она поднимается вверх. Не выходя за пределы воздушного потока, птица перемещается по спирали и набирает высоту. Когда высота достаточна, птица может спланировать к следующему восходящему потоку, перемещаясь в нужном ей направлении, как планер. Для птиц-парителей (орлы, грифы, аисты, некоторые птицы семейства ястребиных) характерны большие широкие крылья с четко выраженной разрезной вершиной, удлинение костей предплечья, поддерживающих несущую часть крыла, и более короткий хвост, так как функция управления полетом частично переходит на крылья.

Художник В. Горбатов
© «Изобразительное искусство». Москва, 1978. 4-318. Ц. 3 к. Тираж 200000.
Пересылке по почте в открытом виде не подлежит. 212431 1. КПК. Заказ 2344.
Г

80205-001
024(01)-78
217-77

Поверхность лобового сопротивления
А — при машущем полете
Б — при пикировании

СОКОЛ-САПСАН

Самой скоростной формой полета является пикирование. Во время пикирования птица, сильно подгибая крылья, уменьшает площадь их лобового сопротивления. В результате резко возрастает скорость полета. Аналогичный принцип используется сейчас в авиации при проектировании самолетов с меняющейся стреловидностью крыла.
Пикирование характерно прежде всего для крупных соколов, которые специализируются на охоте за летящей птицей. Заметив добычу, сокол круто взмывает вверх и, набрав высоту, переходит в пикирование. Приближаясь по касательной к птице, сокол поражает ее когтями, а затем подхватывает на лету.
Пикирующий полет позволяет соколам в 5—6 раз увеличить скорость полета (с 48 км/час при длительном полете и 270—300 км/час при пикировании) и ловить даже таких быстролетных птиц, как кулики и утки.

Художник В. Горбатов
© «Изобразительное искусство». Москва, 1978. 4-318. Ц. 3 к. Тираж 200000.
Пересылке по почте в открытом виде не подлежит. 212431 1. КПК. Заказ 2344.
Г

80205-001
024(01)-78
217-77

Силуэты парящих птиц
1. Альбатрос — динамическое парение
2. Орел — статическое парение

СТРАНСТВУЮЩИЙ АЛЬБАТРОС

Кроме статического парения, существует парение в горизонтальных потоках воздуха — динамическое. Им пользуются океанические птицы: альбатросы, фрегаты, буревестники. В океане всегда дуют ветры, и птицы используют разницу в скорости воздушных потоков на различной высоте. Скользя вниз к воде, где порывы ветра слабее, альбатрос набирает скорость. У самой воды он разворачивается грудью к ветру и взмывает вверх, используя подъемную силу, создаваемую встречным ветром. Затем цикл повторяется. Огромные, свыше трех метров в размахе крылья альбатроса прекрасно приспособлены для такого парения. Крылья узкие, но очень длинные, причем удлинение происходит за счет несущей части крыла. Конец крыла сплошной и острый. Такое крыло обладает наименьшим сопротивлением и наибольшей подъемной силой в горизонтальном воздушном потоке.

Художник В. Горбатов
© «Изобразительное искусство». Москва, 1978. 4-318. Ц. 3 к. Тираж 200000.
Пересылке по почте в открытом виде не подлежит. 212431 1. КПК. Заказ 2344.
Г

80205-001
024(01)-78
217-77

Траектория полета синицы
А — машущий полет (подъем)
Б — скольжение (спуск)

БОЛЬШАЯ СИНИЦА

Своеобразный рисунок полета имеют мелкие птицы. Интенсивный машущий полет чередуется у них со скольжением по инерции. Общая траектория полета — волно-образная линия, поэтому такой полет называют иногда волнообразным, или пульсирующим. Во время полета активная работа крыльями чередуется с паузами, в течение которых птица отдыхает. Для мелких птиц это имеет немаловажное значение, так как интенсивность взмахов у них в несколько раз больше, чем у крупных птиц. Канарейка, например, делает в секунду 8 взмахов, в то время как журавль всего один. Кроме того, при полете со сложенными крыльями птица меньше сносится ветром.

Художник В. Горбатов
© «Изобразительное искусство». Москва, 1978. 4-318. Ц. 3 к. Тираж 200000.
Пересылке по почте в открытом виде не подлежит. 212431 1. КПК. Заказ 2344.
Г

80205-001
024(01)-78
217-77

1. Крыло летучей мыши
2. Крыло птицы
А — кисть, Б — предплечье,
В — плечо

ЛЕТУЧАЯ МЫШЬ

Из млекопитающих только рукокрылые обладают искусством активного полета. Их летательный аппарат существенно отличается от птичьего. У птиц кости крыла скрыты под покровом перьев, и все крыло — это единый орган, одновременно гибкий и жесткий. У летучих мышей налицо два элемента: жесткий каркас и натянутая на него тонкая эластичная перепонка. Если птичье крыло сравнить с монолитным крылом современного самолета, то крыло летучей мыши — это каркасный летательный аппарат первых воздухоплавателей.
Полет летучих мышей очень порывистый, быстрый, с резкими ускорениями. Высокая маневренность обеспечивается эффективным тормозным устройством. Подгибая хвост и шпоры, которые поддерживают межбедренную перепонку, летучая мышь образует тормозной мешок, позволяющий ей останавливаться и резко менять направление.

Художник В. Горбатов
© «Изобразительное искусство». Москва, 1978. 4-318. Ц. 3 к. Тираж 200000.
Пересылке по почте в открытом виде не подлежит. 212431 1. КПК. Заказ 2344.
Г

80205-001
024(01)-78
217-77

Шерстокрыл
1. В покое
2. В полете

ШЕРСТОКРЫЛ

У млекопитающих самое эффективное приспособление для планирования имеет шерстокрыл, житель Индокитая и Филиппинских островов. Все его лапы соединены плотной кожистой перепонкой, которая охватывает также хвост и шею зверька. Светлое время суток шерстокрыл проводит в кроне деревьев, уцепившись лапами за сук и повиснув вниз головой. С наступлением сумерек он отправляется на поиски пищи. Забравшись в верхнюю часть кроны, шерстокрыл прыгает вниз, раскрывая в прыжке свою летательную перепонку. Зверек может пролететь по воздуху до 140 метров, потеряв при этом всего 10—15 метров высоты. Это почти горизонтальный полет. Полет шерстокрыла можно сравнить с полетом дельтоплана (конструкция типа «воздушного змея»), на которых смельчаки-энтузиасты, предварительно набрав высоту с помощью автомобиля или катера, способны продержаться в воздухе в течение нескольких минут.

Художник В. Горбатов
© «Изобразительное искусство». Москва, 1978. 4-318. Ц. 3 к. Тираж 200000.
Пересылке по почте в открытом виде не подлежит. 212431 1. КПК. Заказ 2344.
Г

80205-001
024(01)-78
217-77

Поверхности планирования
1. У обычной белки
2. У летяги

ЛЕТЯГА

Многие млекопитающие, живущие на деревьях, имеют приспособления для планирования. Хорошо знакомая всем белка использует для этой цели свой пушистый хвост. Другим представителем планирующих животных нашей фауны является летяга, или белка-летяга. Это маленькое ночное животное с мягким серым мехом и огромными темными глазами. Между ее передними и задними лапами по бокам тела натянута настоящая летательная перепонка. Во время прыжка летяга широко расставляет лапы и раскрывает свой меховой парашют, который позволяет ей делать очень длинные и пологие прыжки. Поджимая задние лапы и отклоняя хвост, летяга может чуть-чуть управлять своим полетом. И если на дереве летяга чувствует себя менее уверенно, чем белка, то в полете ее превосходство очевидно.

Художник В. Горбатов
© «Изобразительное искусство». Москва, 1978. 4-318. Ц. 3 к. Тираж 200000.
Пересылке по почте в открытом виде не подлежит. 212431 1. КПК. Заказ 2344.
Г

80205-001
024(01)-78
217-77

Летучий дракон
1. В покое
2. В полете

ЛЕТУЧИЙ ДРАКОН

Интересное приспособление для планирования имеет летучий дракон. Это небольшая ярко окрашенная ящерица из семейства агам, ее длина 21 см, из них 12,5 см приходится на хвост. Живет она в горных лесах островов Малайского архипелага.
По бокам тела летучего дракона имеется 5 ложных ребер, между которыми находятся кожистые складки. Когда животное на земле, ребра прижаты к телу, и дракон похож на обычную ящерицу. Прыгая вниз, дракон расправляет ложные ребра и натягивает кожу, как натягивают ткань стальные спицы зонтика. Это позволяет ему отлично планировать по пологой траектории на другое дерево или на землю. Вдобавок к этому в теле дракона имеются специальные полости, которые во время прыжка наполняются воздухом, а длинный хвост служит хорошим рулем.

Художник В. Горбатов
© «Изобразительное искусство». Москва, 1978. 4-318. Ц. 3 к. Тираж 200000.
Пересылке по почте в открытом виде не подлежит. 212431 1. КПК. Заказ 2344.
Г

80205-001
024(01)-78
217-77

1. Обыкновенная лягушка
2. Летучая лягушка

ЛЕТУЧАЯ ЛЯГУШКА

Самое простое приспособление для планирования имеет летучая лягушка, жительница островов Малайского архипелага. Ее передние и задние лапы снабжены очень широкой перепонкой. Во время прыжка лягушка сильно раздвигает пальцы лап. Падение замедляется и переходит в скольжение. Это приспособление позволяет лягушке прыгать с деревьев по пологой кривой и увеличивать длину прыжка во время передвижения по земле.

Художник В. Горбатов
© «Изобразительное искусство». Москва, 1978. 4-318. Ц. 3 к. Тираж 200000.
Пересылке по почте в открытом виде не подлежит. 212431 1. КПК. Заказ 2344.
Г

80205-001
024(01)-78
217-77

Летучая рыба
1. В воздухе
2. В воде

ЛЕТУЧАЯ РЫБА

Среди рыб, так же как среди млекопитающих и рептилий, есть виды, способные к планированию в воздухе. Это живущие в экваториальных и субтропических водах летучие рыбы. У них необычайно длинные грудные плавники, стройное тонкое тело и длинный хвостовой плавник, нижняя лопасть которого больше верхней. Спасаясь от хищников, летучая рыба на большой скорости поднимается к поверхности воды. Сложив грудные плавники, она энергично работает хвостом, затем несколькими сильными ударами резко бросает тело вперед и вверх, одновременно раскрывая грудные плавники. Воздушные потоки, отраженные от поверхности волн, подхватывают ее, и она летит как выпущенная из лука стрела на расстояние 150—200 метров.

Художник В. Горбатов
© «Изобразительное искусство». Москва, 1978. 4-318. Ц. 3 к. Тираж 200000.
Пересылке по почте в открытом виде не подлежит. 212431 1. КПК. Заказ 2344.
Г

80205-001
024(01)-78
217-77