Беседы о бионике - [24]
Теперь сопоставим приведенные данные с соответствующими данными для летательных аппаратов, созданных человеком. Вертолет расходует за час полета 4 — 5% веса (разумеется, речь идет о топливе), а реактивный самолет — 12%. Как видно, инженерам стоит поучиться искусству экономии горючего в полете у саранчи, да и у пчелы тоже.
Высокая экономичность полета насекомых в значительной степени обусловлена режимом работы их крыльев. Так, скорость взмаха, т. е. скорость, с которой движется конец крыла по отношению к телу насекомого, довольно велика. По Маньяну, у стрекозы она равна (для заднего крыла) 2,75, у пчелы — 5,5 и у каллифоры — 8,4 м/сек. Теперь остановимся на ритме ударов крыла. Полет начинается с редких взмахов, свободно улавливаемых глазом, затем взмахи крыльев становятся значительно чаще и полет сопровождается гудением и жужжанием. Несомненно, что частота последовательных сокращений мышц крыла у насекомых значительно больше, чем у позвоночных. Для сравнения укажем, что черный гриф, у которого размах крыльев превышает длину тела почти в 3 раза, делает в течение секунды всего один взмах; фазаны, куропатки, перепела, рябчики, стремительно перелетающие по прямой, в основном на короткие расстояния, делают в секунду до 5 взмахов крыльями. В отличие от птиц, у хорошо летающих видов насекомых с небольшими крыльями частота взмахов очень высока. Оказывается, что сила, необходимая для удержания в воздухе разных насекомых одинакового веса при помощи взмахов крыльями, обратно пропорциональна частоте взмахов. Насекомое, делающее 55 взмахов в секунду, расходует вдвое больше мощности, чем насекомое того же веса, но делающее ПО взмахов в секунду. Исследования показали также, что при одинаковых условиях вес поднимаемого груза зависит от частоты взмахов крыльями. В этом отношении весьма показателен полет медоносной пчелы. Установлено, что рабочая пчела, вылетающая из улья за взятком, делает в среднем 180 взмахов крыльями в секунду. Когда же она возвращается с грузом, число взмахов возрастает до 280 — 330. Очевидно, наделяя медоносную пчелу способностью делать очень частые взмахи крыльями, природа имела в виду дать ей возможность нести, помимо веса своего тела, добавочный груз — взяток (нектар, пыльца). Расчеты показывают, что если бы пчела делала не 280 — 330 взмахов в секунду, а 560 — 660, т. е. вдвое больше, то она могла бы переносить по воздуху груз весом в 16 таких же пчел, как и она сама!
Рис. 20. График роста скоростей пассажирских и транспортных самолетов за последние 20 лет (по В. Мясищеву)
Весьма поучительно проведенное учеными сравнение летных характеристик насекомых и летательных аппаратов, построенных человеком. Оказывается, природа испокон веков великолепно "знала" формулу, которую не так давно вывели математики. Эта формула — очень простое соотношение, которое называют числом Рейнольдса[3]. В числителе — произведение размаха крыльев тела на скорость его Движения, в знаменателе — кинематический коэффициент вязкости воздуха v. Так вот, это самое число Рейнольдса — одна из самых важных летных характеристик. Чем больше число Рейнольдса, тем интенсивнее бесчисленные воздушные водовороты, завихрения около крыла самолета, и он тормозится. У современных пассажирских лайнеров число Рейинольдса громадно — порядка миллионов, тогда как для саранчи оно примерно равно 2000!
Рис. 21. График роста длины взлетно-посадочных полос за 20 лет (по В. Мясищеву)
Не менее остро, чем проблема повышения экономичности полета самолетов, ныне стоит вопрос о создании летательных аппаратов, не требующих длинных взлетно-посадочных полос и способных садиться и взлетать почти вертикально. Можно назвать несколько причин, выдвинувших эту задачу в число самых актуальных проблем современности. По утверждению известного советского авиаконструктора В. Мясищева, основная причина — стремительный рост скорости полета самолетов. С 1945 по 1965 г. только у пассажирских и транспортных самолетов скорость выросла в среднем в 2 раза (с 350 — 450 до 700 — 1000 км/час) и практически приблизилась к околозвуковым скоростям (рис. 20). Чем выше скорость самолета, тем больше, как правило, и его пробег при посадке. Головокружительная скорость при посадке, достигающая 250 — 300 км/час, требует огромных посадочных полос. За последние 25 лет их длина увеличилась более чем в 3 раза — с 700 — 800 м до 2,5 — 3 км (рис. 21). Столь большие размеры взлетно-посадочных полос и чрезмерно высокий уровень шума, создаваемого мощными двигательными установками, заставляют располагать аэродромы далеко за пределами городов. В результате мы оказались свидетелями своеобразного парадокса: увеличение скорости полета на маршрутах средней протяженности весьма мало сказывается на сокращении общей продолжительности путешествия. Например, на маршруте Москва — Ленинград чистое время полета равно 50 мип и составляет примерно >1/>3 от общего времени, затрачиваемого пассажиром. А остальные 2/3 — больше 1,5 час — приходятся на поездки из города в аэропорт отправления и из аэропорта назначения в город. Вторая причина актуальности проблемы вертикального взлета и посадки связана с появлением тяжелых транспортных летательных аппаратов. Практика показала, что эти аппараты могут успешно решать такие важные народнохозяйственные задачи, как доставка грузов, машин и оборудования в труднодоступные, удаленные от основных дорог районы новостроек. Получаемый при этом эффект значительно возрос бы, если бы транспортные самолеты обладали способностью совершать взлет и посадку на небольшие, специально не подготавливаемые площадки. Необходимость в подобных машинах испытывает и военно-транспортная авиация. Наконец, третья причина носит сугубо военный характер. Так, например, самолеты-перехватчики не имеют времени разгоняться по бетонированным дорожкам аэродромов. Они должны свечой взмывать вверх на перехват противника. Упомянем еще одно обстоятельство. Боевые сверхзвуковые самолеты базируются сегодня на аэродромах с бетонированными взлетно-посадочными полосами длиною до 3,5 км. Не говоря уже о том, что строительство подобных сооружений связано с большими затратами, эти аэродромы легко обнаружить и разрушить. Больше того, но мере развития боевых действий такие стационарные аэродромы могут оказаться на большом удалении от района применения самолетов, эффективность использования которых при этом существенно снизится. Решение этого вопроса связывают также с созданием не зависящих от аэродромов боевых машин с вертикальным взлетом и посадкой.
