Техника - молодёжи 1998-11-12, страница 13
5. Крыло стрекозы движется весьма похоже лом как Ьы раздваивается часть ее несет, вывешивает летательный аппарат часть — тормозит его. И для преодоления лобового сопротивления и создания горизонтальной скорости самолету требуется тяговый воздушный винт или реактивный двигатель Отчего же такое разделение0 Ведь оно кажется противоестественным — простая логика подсказывает, что целостная сила должна целостно использоваться В книге «Аэроплан или птицеподобная (авиационная) летательная машина» Циолковский писал «...винт и неподвижность крыльев придуманы нами не ради выгоды и экономии работы, а единственно ради исполнимости конструкции; все эти уклонения от естественных органов летания только увеличивают расход потребной для полета энергии и принимаются нами по горькой необходимости^. Между тем, задача передвижения в воздухе принципиально была решена еще в конце XV в. реликим J юонардо да Винчи. Вчитаемся в его словг -<Ты видишь, что удары крыльев о воздух поддерживают орла в высоком и редком воздухе. С другой стороны, ты видишь, что воздух, движущийся над мирем надувает паруса и гонит тяжело груженый корабль Из этих -доказательств ты можешь понять что человек с большими крыльями, оказывая силу на сопротивляющийся воздух, может победить его и подняться вверх» Вот принципиальное решение задачи! На сопротивляющийся воздух надо оказывать силу, т.е отталкиваться от него, — и этим все сказано. Что, однако, имел в виду Леонардо да Винчи, говоря о «сопротивляющемся 6. Меняя направление R, муха (силуэт с трр '"циевндными крыльями) летит назад (а), вперед (в) или \ависает на месте (б). воздухе»0 Видимо, ту самую полную аэродинамическую силу R1 Но как можно оттолкнуться от нее0 Оказывается, аналог такого процесса существует в природе и хорошо всем известен Лист бумаги падает, преодолевая полное сопротивление воздуха, г е R, и описывая траекторию, обусловленную взаимодеиствием инерционных и аэродинамических сил (рис 2). То же можно сказать и о падающих с дерева листьях, хлопьях снега Но самый классический пример — полет планера (планируюшеи птицы рис.3). Здесь хорошо видно — вес G планера уравновешивается возникающей только в движении полной аэродинамической силой R крыльев. Правомерно сказать, что планер, падая вниз (и продвигаясь вперед), отталкивается от воздуха Возникает вопрос что необходимо сделать, чтобы планер не терял высо ты° Понятно, что это возможно лишь за счет дополнительной силы (от бортовой силовой установки), но как ее приложить0 Можайский, Лилиенталь, братья Райт — и многие другие — решили проблему однозначно крыло (совместно с 7. Так работают крылья колибри. фюзеляжем) направляется в горизонтальной плоскости так, чтобы на нем, как на воздушном змее, за счет угла атаки «альфа» возникали подъемная сила Y и лобовое сопротивление X, причем тянущую змей веревку заменял автономный движитель (см рис 1) Воздушный змей полетел сам — возник «самолет», способный поддерживать свой вес только в полете А если по другому0 По планирующей траектории можно двигать не всю машину а лишь крыло, но с той же скоростью относительно окружающего воздуха При этом аэоодипамика крыла останется прежнем, а возникающая на нем полная аэродинамическая сила уравновесит его вес. Словом, крыло крепим к фюзеляжу через соответствующий ме ханизм для перемещения, который обеспечит и возврат крыла в исходное положение под нулевым углом атаки для совершения нового цикла (рис 4) Для придания же аппарату горизонтального движеиия необходимо наклонить вперед (или назад) вектор R соответствую щим изменением траектории лопастей, что вызовет создание тяги В природе такую траекторию описывают, например, крылья стрекозы (рис 5, по книге Дж Принта «Полет насекомых») При этом движение «вперед» и «назад» происходит за счет наклона вектора R в соответствующую сторону (рис 6а, б, в) На рис .7 обозначены аэродинамические силы при трепетании (висении)колибри, описывающей концами крыльев 8-образную траекторию. На риг f изображен в полете лебедь, также получающий тягу Т наклоном вперед полной аэродинамической силы R Для создания машущего механизма принципиально важно уяснить, какова траектория kohi ia крыла птиц и насекомых? Мы знаек/ у планирующего крыла это наклонная прямая, как бы обернем 8. Лебедь на крейсерском режиме. ее на боковую поверхность цилиндра с осью, проходящей параллельно R (раскладывая сложное движение на простые составляющие),— получится спиральная (винтовая) линия Следовательно, вниз концы крыльев пт>лц и насекомых движутся по спиральной траектории Вверх же — по «восьмерке», но по-разному. в зависимости от режима полета На малой скорости — под нулевым ymoKj атаки с переворотом крыла на большей — без переворота под определен 1ым углом атаки. При этом конец крыла в вертикальной плоскости описывает наклонный «овал Марея» (рис 9). Этот последний образуется за счет ухода конца крыла вперед от спиральной траектории из-за упругости концевых перьев, когда оно опускается, и ухода конца крыла назад из-за подгибания крыла (и, соответственно, увеличения угла атаки), когда оно поднимается Итак, еще раз подчеркнем i |ринципи-альная разница между птицей и самолетом в том, нто у последенго используется ортогональная проекция Y, а не сама сила R В результате возникает лобовое сопротивление X, преодолеваемое двигателем. У махолета же — возможного технического воплощения птицы — этот недостаток устранен (рис. 10а, б, в, г). ТЕХНИКА-МОЛОДЕЖИ 11/12 96 |
