Мы привыкли ассоциировать современные самолеты с чем-то огромным, громоздким, тяжелым. Любой школьник скажет, что крылья самолета не должны деформироваться, взаимодействуя с потоком встречного воздуха. Между тем физики из Браунского университета (США) представили концепцию летательных аппаратов с гибкими крыльями, построенными по принципу, заимствованному у летучей мыши, и обладающими массой достоинств.
В поиске способов повышения аэродинамических свойств самолетов ученые обратили внимание на "первоисточник", с которого когда-то Леонардо да Винчи "срисовывал" прототип летательного аппарата, - летучую мышь. Исследователи выяснили, что сложная и гибкая структура ее крыла гораздо лучше приспосабливается к встречному потоку ветра, минимизируя силу сопротивления. Дело в том, что кости в крыльях летучей мыши в отличие от костей птиц могут гнуться и менять положение крыла по отношению к корпусу животного.
"Крылья летучей мыши устроены совершенно по-другому, нежели у птиц, - пояснил РБК daily доктор биологических наук, профессор, заведующий кафедрой зоологии позвоночных МГУ Леонид Корзун. - Так, у птиц при подъеме крыла сопротивление воздуха преодолевается благодаря перьям, которые пропускают воздух. При этом за генерирование сил, позволяющих двигаться вперед, отвечают только первичные маховые перья на конце крыла, а за подъемную силу - все крыло. У летучей мыши механизм полета совершенно другой. Сопротивление преодолевается за счет поворотного механизма - за неимением пропускающих воздух перьев она может разворачивать свое крыло наименьшей площадью по направлению к воздушному потоку, прокручивая его в любую сторону. И если у птиц функции частей крыла различны, то у летучих млекопитающих все крыло отвечает одновременно и за движение вперед, и за движение вверх, благодаря чему они могут мгновенно реагировать на внешние обстоятельства и изменять направление и скорость полета".
В ходе эксперимента руководитель группы Кеннет Брейер изолировал нескольких летучих мышей и в специальной комнате подвергал их различным аэродинамическим воздействиям, неожиданно направляя сильнейшие потоки воздуха с разных сторон. Все действия мышей ученые фиксировали на высокоскоростную видеокамеру. Кроме того, ученые изучали аэродинамический след, образующийся во время взмаха крыльев. Для этого использовались специальные взвешенные в воздухе частицы, перемещение и изменение скорости которых отслеживалось с помощью лазеров и дополнительных камер. Результаты опытов показали, что движения летучей мыши существенно отличаются от движений, которые выполняют во время полета птицы, что дает ей ряд преимуществ.
Во-первых, особое строение крыльев, деформирующихся во время полета, в отличие от крыльев птиц и насекомых обеспечивает большую подъемную силу и возможность взлета с малых площадок. Это делает полет летучей мыши эффективным и предотвращает "уход в штопор" на малых скоростях. Во-вторых, эластичность крыла и наличие множества суставных сочленений по╜зволяют летучим мышам совершать движения, на которые не способны другие летающие существа. Например, прижимать крылья близко к телу для уменьшения сопротивления воздуха.
Проведенные учеными эксперименты и расчеты показали, что внедрение в структуру самолетов гибких элементов будет не только целесообразным, но и выгодным - гибкие крылья не страдают во время турбулентности, а значит, издержки на ремонт и вынужденный простой летательного аппарата исчезают сами собой. Помимо этого гибкие крылья автоматически улучшат качество полета - самолет будет идти мягче, а тряска в зоне турбулентности нивелируется.
"Самолет с гибкими крыльями не новость, - рассказал РБК daily действительный член Российской академии космонавтики им. К.Э. Циолковского, генеральный директор ОАО "Интеравиагаз", заслуженный создатель космической техники Вячеслав Зайцев. - Еще в 50-х годах советский конструктор Владимир Мясищев создал самолет М4, а затем и его модификацию 3М, концы крыльев которого были сделаны из гибкого сплава алюминия. В эти полые крылья закачивался керосин, и при полете амплитуда их колебаний доходила до 3 м, что значительно повышало аэродинамические качества. Доказательство тому - модель 3М в течение 20 лет использовалась в качестве стратегического бомбардировщика. Однако сегодня этот самолет снят с производства, так как турбореактивные двигатели, на которых он работал, устарели. Гибкие же крылья ничем себя не дискредитировали".
Опираясь на опыт авиаконструкторов и новые данные, ученые Браунского университета уверены, что их концепция позволит создать целую линию "гибкокрылых" самолетов, которые выведут авиацию на качественно новый уровень.
Екатерина Люльчак
