Вкаменелостите на птерозаври ясно показват, че тези същества са имали чифт крила - всяко от тях в разширена форма е кожена мембрана, опъната между скелетната „камшика“на водещия ръб на крилото и тялото. Съдейки по изобилието на тези вкаменелости, птерозаврите не бяха грешка на Природата: те използваха крилата си по предназначение и знаеха как не само да планират, но и овладяват техниката на полет с активна тяга.
Изглежда, че птерозаврите могат да създават активна тяга на същия принцип, както се използват от прилепи и птици. А именно: по време на клатушкащите се движения на крилата им възниква струйна струя поради изхвърлянето на въздуха от гъвкавите задни секции на крилата, които пасивно се огъват нагоре, когато крилата клатят надолу, и обратно. Съществува обаче ограничение на теглото на съществото, което го размахва. За да се задържи все повече и повече тежест във въздуха, е необходимо - при една и съща скорост на полет - все по-голяма площ на крилото и с увеличаване на тази зона се увеличават силите на съпротива срещу движенията, които се размахват, за да се преодолеят кои са необходими повече и по-мощни мускули, т.е. отново всичко повече тежест … Оказва се порочен кръг. Днес най-големите летящи птици са кондори, достигащи тегло само 15 кг (докато теглят овни 40 кг всеки). Но птерозаврите значително превъзхождат кондорите по размер и тегло на крилото! „Летящите гущери принадлежаха на … гиганти - например птеранодонът, открит през 1975 г. при разкопки в Националния парк Биг Бенд в Тексас (САЩ): размахът на крилата му достига 15,5 м. Това е едно от най-невероятните същества, които някога са живели Земята. Крилата му са четири пъти (или повече) по-дълги от тези на албатросите, кондорите и други съвременни животни-авиатори. Под такива крила беше като малък мотор, окачен в сравнение с торса си. Някои учени смятат, че птеранодонът не би могъл дори да размахва крилата си! "5 м. Това е едно от най-невероятните същества, които някога са живели на Земята. Крилата му са четири пъти (или повече) по-дълги от тези на албатросите, кондорите и други съвременни животни-авиатори. Под такива крила беше като малък мотор, окачен в сравнение с торса си. Някои учени смятат, че птеранодонът не би могъл дори да размахва крилата си! "5 м. Това е едно от най-невероятните същества, които някога са живели на Земята. Крилата му са четири пъти (или повече) по-дълги от тези на албатросите, кондорите и други съвременни животни-авиатори. Под такива крила беше като малък мотор, окачен в сравнение с торса си. Някои учени смятат, че птеранодонът не би могъл дори да размахва крилата си!"
Всъщност, птеранодонът физически не беше в състояние да размахва крилете си като птица. В крайна сметка той нямаше аналози нито на гръдните мускули на птицата, нито на костта на птицата, към която са прикрепени сухожилията на тези мускули. Тоест, той просто нямаше какво да размахва крилете си като птица. Но не можеше ли той да настрои крилете в движение по различен начин?
Изследователят на птерозаври К. Гумеров обръща внимание на диспропорцията в тяхната анатомия: доста мощна шия и голяма глава. Ако птерозавърът протегна шията си напред - както се прави при полет, например, гъски - тогава центрирането му щеше да бъде далеч пред първата трета на крилото, така че птерозавърът да падне в гмуркане. За да осигури центриране на хоризонтален полет, птерозавърът трябва да наклони врата си назад и нагоре по лебедов начин, така че главата му да бъде приблизително над първата трета на крилото му. К. Гумеров смята, че размахването на крилата е направено поради махаловите движения на тежка глава върху могъща шия. Но как се скъса гореспоменатият порочен кръг?
Въпреки това виждаме теоретична възможност за известна печалба в работата на размахващи крила по време на хоризонтален полет, ако те се движат чрез вибрациите на тежка глава от мускулите на наведения врат. Ако масите са сравними, първо, главата плюс шията и, второ, тялото плюс крилата, мускулите на шията биха „бъбрили“не само главата, но и тялото: когато по отношение на центъра на масата главата би се движила нагоре, тялото ще се движи надолу и обратно. По този начин на основите на крилата би било придадено колебателно движение нагоре и надолу - което би било източникът на техните движения, т.е. методът на "възбуждане на трептенията на плочата през удара на неподвижния край" би работил. В същото време движенията на крилото не биха били в строгия смисъл люлеещи се, защото тук основата и края на крилото щяха да се движат в антифаза - и, следователно,някъде по средата на дължината на крилото ще има възлова линия с нулева амплитуда на вибрацията.
Такъв режим на трептене на крилата на птерозавър - с наличието на възлова линия - би позволил, по наше мнение, малко по-големи размери на крилата и тегло на полета от тези на птиците. В действителност силата на съпротивление срещу движението на клатушкане е пряко пропорционална на площта на крилото и квадрата на скоростта. В крилото на птица нулевата амплитуда на вибрацията пада върху връзката на крилото с тялото, докато в крилото на птерозавър би паднала върху средата на крилото. Следователно, при еднакъв ъглов обхват и честота на движенията на крилото, средната скорост на люлеене на крилото на птерозавър би била половината от тази на птиче крило със същата дължина. Тогава, със същите коефициенти на динамично съпротивление на клапите и същите съотношения на дължината на крилото и ширината, крилото на птерозавър ще изпитва същата устойчивост на клапите като на птиче крило, като е с 4 1/4 по-дълго от него.»1,41 пъти (само нещо!) В този случай областите на крилата на птерозавър и птица биха се третирали като квадратчета с дължината им, т.е. крилото на птерозавър би било два пъти по-голямо. Съответно, при една и съща скорост на полета и същите аеродинамични коефициенти на влачене, крилата на птерозавър биха имали два пъти по-голяма сила на повдигане, което би му позволило да държи два пъти по-голяма тежест във въздуха. Но дори и при тези идеализирани предположения проблемът с полета на птерозаври очевидно далеч не е решен. Освен това, както може да се види при възпроизвеждането на птеродактил вкаменелост - фиг. 1, от публично достъпен уеб ресурс - за удар на главата на гърба на гърба, този врат е твърде къс - предвид голямата дължина на шийните прешлени.
Фиг. 1.
И така, птеродактилите не биха могли да размахват крилата си нито като птица, нито чрез люлеенето на тялото поради отдръпване при удари в главата. Какво биха могли да направят? Наистина ли притежаваха техниката на активен полет, при която не махаха с крила? Анализ на фиг. 1 ви позволява да отговорите утвърдително на този въпрос!
Промоционално видео:
Разгледахме редица репродукции на вкаменелости на птерозаври - горното е най-доброто от тях в смисъл, че практически няма увреждане или изместване на костите една спрямо друга. Следователно, изхождаме от предположението, че този изкопаем материал възпроизвежда анатомично нормалното положение на скелетните кости в птеродактил със сгънати крила. И тук, както и на други фотографии, една „странност“е поразителна, а именно наличието на „допълнителна“става в крилото. Наистина, след единичната плесна има предмишница с две кости, а след това … още един двукостен сегмент с почти същата дължина като предмишницата. Нещо повече, самата плетеница е толкова неестествено къса и приведена в такова положение в раменната става, че заключението предполага само себе си: не е излизало отвъд тялото и следователно е била прикрепена предната част на мембраната на крилото, т.е.като се започне от предмишницата. Именно тази анатомия позволи, по наше мнение, да се приложи метод за създаване на тяга с протегнати крила в мрежата, пораждащи своята простота и ефективност.
Всъщност нека обърнем внимание на чифт ключици, свързани под формата на буквата V. С хоризонталното положение на тялото тази двойка ключици се отклони от раменните стави назад и надолу, а костите на костите - назад и нагоре. А сега си представете, че птеродактил е имал мускули между плешката и съответните им ключици. Свиването на тези мускули придърпва плечовата кост и ключицата. В същото време ключиците опираха до гръдния кош и следователно костите на костите се завъртяха донякъде в ставите им, така че крайниците им да се спуснат надолу. Така свиването на ключично-брахиалните мускули свали кореновите части на предните ръбове на протегнатите крила; когато тези мускули се отпуснаха, настъпи пасивно връщане в първоначалното положение на плечовата кост и съответно към водещите ръбове на крилата. Едва ли може да има съмнениече периодичното свиване на ключично-брахиалните мускули е довело до колебание на водещите ръбове на крилата - което генерира вълна в мембраната, пътуваща към последния ръб. Тази вълна носеше със себе си определено количество въздух и я хвърляше обратно - което генерира струя на струята.
Следващата разлика в структурата на крилата и крилата на прилеп също свидетелства в полза на точно такъв летателен двигател на птеродактил. Мембранозните крила на прилеп имат скелетни укрепващи ребра, образувани от силно удължени кости на пръста. Ясно е, че такива ребра от твърдост възпрепятстват пътуването на пътуваща вълна в мембраната - и прилепите изтласкват въздуха като птица. В крило, лишено от такива сковаващи ребра, условията за движение на пътуваща вълна са идеални - с необходимото напрежение на лентата.
Фигура: 2.
Между другото, би било много проблематично да се осигури необходимото напрежение на мембраната, ако в полетното положение на крилото костите на водещия й ръб биха били опънати почти по линията - както обикновено се предполага. Въз основа на фигура 1 ни е представена конфигурацията на полета на скелета, схематично изобразена на фигура 2. Крила бяха необходими на птеродактилите не за да ги удивят с обхвата на съвременните изследователи, а за да летят. И само извитите водещи ръбове на крилата напред позволиха, според нас, да се разрешат няколко технически проблема наведнъж. Първо, беше лесно да се осигури в цялата зона на крилото необходимото напрежение на лентата - с възможност за регулиране. Второ, беше създадено съотношение между дължината и ширината на крилото, близко до оптималното за генериране на пътуваща вълна. Трето, проблемът с подравняването беше елегантно решен:Достатъчно беше птеродактилът да вдигне врата си и да премести главата си назад малко назад, а проекцията на центъра на масата щеше да е върху първата трета на крилото. Отново се занимаваме с гениално техническо решение!
Сега нека направим някои елементарни оценки на параметрите на крилата на пътуващата вълна. Нека съотношението на характерната дължина на крилото l към неговата характерна ширина d е 2,5, нека площта на крилото е S = 0,8 × ld. Честотата на трептенията f на водещия ръб на крилата на птеродактил не може да надвишава няколко херца. Нека една дължина на пътуващата вълна се побере върху характерната ширина на крилото d, тогава нейната скорост v на движение по мембраната е v = fd. Статичният натиск на струята, развит от крилото на пътуваща вълна в покой спрямо въздушната среда, е F stat = mv / t, където m е масата на въздуха, хвърлен назад във времето t, равна на d / v. Имайки предвид т.нар. добавената маса на изпускания въздух, ще приемем, че m "r S (d / 5), където r е плътността на въздуха и следователно F stat " (1/5) r Sv 2… Както ще видим по-долу, тази статична тяга е твърде ниска и летенето върху нея е нереалистично. Въпреки това, динамичното налягане F DYN на крилото на бягаща вълна не намалява изобщо като скоростта му във въздуха расте - както при витлови превозни средства - но, напротив, първоначално се увеличава. Това се дължи на факта, че входящият въздух образува подредени вихрови тръби във вдлъбнатините на мембраната, както е показано схематично на фиг.
Фигура: 3.
Противно на представите на класическата аеродинамика - която твърди, че образуването на вихри, например, когато потокът се отделя от крилото, има вреден ефект, тъй като аеродинамичното съпротивление се увеличава и подемната сила намалява - образуването на вихрови тръби във вдлъбнатините на крилото на пътуваща вълна е полезен ефект. Въздушният вихър има много по-голяма инертност и еластичност в сравнение със същата маса от неподвижен въздух и следователно „отблъскването“от вихрите е много по-ефективно. При ниски скорости на крило на пътуваща вълна се случва следното: колкото по-висока е скоростта, толкова по-мощни вихри се формират и, съответно, толкова по-голяма е динамичната тяга. Но, когато скоростта на полета и скоростта на пътуващата вълна v са равни, динамичната тяга очевидно е равна на нула. Следователно има някаква оптимална (крейсерска) скорост на полета,при която динамичната тяга е максимална. Ще приемем, че крейсерската скорост е Vcr = 0,75 V, а при крейсерската скорост Fdin = 3Fstat. За да оценим теглото на полета, което крилата на пътуваща вълна са способни да носят, ние също се нуждаем от оценка на относителното намаляване на свободното плъзгане. В действителност, при свободно планиране, теглото на апарата се балансира с повдигащата сила, а аеродинамичното съпротивление се балансира от силата на сцепление, която се изпълнява от силата на гравитация, когато апаратът се понижава. За тази работа на гравитацията може да се напише опростен израз MgDh = MVDV, където M е масата на превозното средство, g е ускорението на гравитацията, h е височината на полета и V е скоростта на полета. Тогава силата на сцепление поради силата на гравитацията със свободно планиране еи това с крейсерска скорост Fdin = 3Fstat. За да оценим теглото на полета, което крилата на пътуваща вълна са способни да носят, ние също се нуждаем от оценка на относителното намаляване на свободното плъзгане. В действителност, при свободно планиране, теглото на апарата се балансира с повдигащата сила, а аеродинамичното съпротивление се балансира от силата на сцепление, която се изпълнява от силата на гравитация, когато апаратът се понижава. За тази работа на гравитацията може да се напише опростен израз MgDh = MVDV, където M е масата на превозното средство, g е ускорението на гравитацията, h е височината на полета и V е скоростта на полета. Тогава силата на сцепление поради силата на гравитацията със свободно планиране еи това с крейсерска скорост Fdin = 3Fstat. За да оценим теглото на полета, което крилата на пътуваща вълна са способни да носят, ние също се нуждаем от оценка на относителното намаляване на свободното плъзгане. В действителност, при свободно планиране, теглото на апарата се балансира с повдигащата сила, а аеродинамичното съпротивление се балансира от силата на сцепление, която се изпълнява от силата на гравитация, когато апаратът се понижава. За тази работа на гравитацията може да се напише опростен израз MgDh = MVDV, където M е масата на превозното средство, g е ускорението на гравитацията, h е височината на полета и V е скоростта на полета. Тогава силата на сцепление поради силата на гравитацията със свободно планиране епри свободно планиране теглото на апарата се балансира с повдигащата сила, а аеродинамичното съпротивление се балансира от силата на сцепление, която се изпълнява от силата на гравитация при спускане на апарата. За тази работа на гравитацията може да се напише опростен израз MgDh = MVDV, където M е масата на превозното средство, g е ускорението на гравитацията, h е височината на полета и V е скоростта на полета. Тогава силата на сцепление поради силата на гравитацията със свободно планиране епри свободно планиране теглото на апарата се балансира с повдигащата сила, а аеродинамичното съпротивление се балансира от силата на сцепление, която се изпълнява от силата на гравитация при спускане на апарата. За тази работа на гравитацията може да се напише опростен израз MgDh = MVDV, където M е масата на превозното средство, g е ускорението на гравитацията, h е височината на полета и V е скоростта на полета. Тогава тяговата сила поради силата на гравитацията със свободно планиране е
където V vert е скоростта на спускане; при V vert << V съотношението (V / V vert) е приблизително равно на аеродинамичното качество Нека направим приблизителни оценки за случая на относително спускане 1:10 със свободно плъзгане с крейсерска скорост. В този случай, както следва от горното, динамичната тяга F din би осигурила хоризонтален полет (без понижаване!) На птеродактил с тегло 10 F din; полет с изкачване 1:10 ще бъде осигурен за тегло от 9 F din… Получените оценки са дадени в таблицата; размерите на крилото са взети като първоначален параметър. Както можете да видите, започвайки от дължина на крилото 2,5 m, съотношението между размера на крилото и теглото става реалистично за активен полет на същество върху крилата на пътуваща вълна.
| Дължина на крилото, m | Пълна площ на крилото, m 2 | Честота на трептене, Hz | Скорост на пътуваща вълна, м / с | Крейсерска скорост на полета, м / с | динамичен тяга, кг | Тегло, за изкачване 1:10, кг |
| 2.0 | 2.56 | 2.4 | 1.92 | 1.44 | 0.75 | 6.75 |
| 2.5 | 4.00 | 2.3 | 2.30 | 1.73 | 1.68 | 15.1 |
| 3.0 | 5.76 | 2.2 | 2.64 | 1.98 | 3.21 | 28.9 |
| 3.5 | 7.84 | 2.1 | 2.94 | 2.21 | 5.40 | 48.6 |
| 4.0 | 10.24 | 2.0 | 3.20 | 2.40 | 8.34 | 75.1 |
Получените цифри, изглежда, не съответстват на техническите параметри на свръхлеките самолети. В действителност, в случай на мъртви крила на делтапланери и парапланери, със същите тежести на полета и същите области на крилата, се изискват скорости на полета, които са няколко пъти по-високи от получените от нас. Но не забравяйте, че крилата на пътуваща вълна работят в подреден въртящ се въздух - не само се изтласкват от него, но и се подпират на него. Следователно силата на повдигане на крилата на пътуващата вълна е съответно по-висока. Ако това увеличение на повдигането е описано с коефициент, равен на три - като увеличението на динамичната тяга, вижте по-горе - тогава нашите оценки биха били напълно разумни … ако не за още едно обстоятелство.
Да си спомним: кондорът със собствено тегло от 15 кг е способен да носи допълнителен товар от 40 кг във въздуха. По принцип един кондор може да лети със собствено тегло от 50 кг. Но такъв полет ще изисква максимално усилие. Същество, което непрекъснато ще трябва да се напряга, очевидно би било извън своята стихия. Неслучайно кондорът, както виждаме, има почти трикратен „запас за безопасност“! И така: нашите оценки са получени за техническите ограничаващи условия на полет. Тези теоретично теоретично са възможни - но на практика птеродактилите се нуждаят от „трик“, който да им позволи да летят не на границата на възможностите си.
Видяхме такъв „трик“, след като забелязахме, че птеродактилите нямат нито кормило, нито асансьори, нито елерони! Как се справиха с полета си? За да направи завой, птеродактилът може да освободи напрежението върху мембраната на крилото от страната, към която се изисква да се обърне. Този ход би намалил тягата и повдигането на крилото. Асиметрията на тягата на крилото би причинила завой и за да компенсира асиметрията на повдигащите сили на крилата, птеродактилът може да завърти главата си в посока, обратна на завоя. Що се отнася до асансьора, при ниски скорости той все още би бил неефективен, следователно контролът на стъпките, според нас, би могъл да бъде осигурен само в малък диапазон на отклонения на вектора на полета от хоризонталната равнина - центриране се измества чрез изместване на главата назад или напред. Както виждашвъзможностите за аеробатика в птеродактила бяха повече от скромни. Ако поривът на вятъра наклони птеродактила, придобил надморска височина, той вече няма да може да се върне към хоризонталния си полет!
Възниква въпросът: защо птеродактилите трябваше да получат надморска височина, ако е смъртно опасно за тях? Полетът на ултра ниска надморска височина е оправдан само в огромни открити пространства с плоска хоризонтална повърхност. Изводът подсказва: птеродактилите са пригодени да летят на изключително малка надморска височина! И тогава „фокусът“, който улесни подобен полет, вероятно беше наземният ефект, поради използването на който летят екраноплани - оптималната височина на полета в този случай е около половината от характерната ширина на крилото. Ето защо птеродактилите не се нуждаят от елерони: сгъстяването на въздуха между крилата и водната повърхност автоматично отработва нарушенията на ролката, включително при завъртане (виж по-горе). Очевидно птеродактилите ловуват риба и други жители на морето,грабването на жертвата от подхода със зъбните си човки - „гмуркането“във водата от метър височина, технически беше напълно безопасно. И излитането от водата - със скорост 2-3 метра в секунда - не би трябвало да е проблем. Птеродактил би могъл да набере такава скорост на излитане, като пусне бягаща вълна, с намалена амплитуда, по протежение на крилете си, протегнати върху водата - докато се изтласква не от въздуха, а от водата (сравнете: шестметрова риба меч, изпращаща бягаща вълна през тялото си, движи се във вода със скорост до 120 км / ч). В резултат на това се очертава чудесна картина на пълзящия полет на птеродактил - ултра ниско и ултра бавно, на крилата на пътуваща вълна, чиято ефективност се увеличава поради екранен ефект. Такъв полет от техническа гледна точка е рядък шедьовър!И излитането от водата - със скорост 2-3 метра в секунда - не би трябвало да е проблем. Птеродактил би могъл да набере такава скорост на излитане, като пусне бягаща вълна, с намалена амплитуда, по протежение на крила, протегнати върху водата - докато се изтласква не от въздуха, а от водата (сравнете: шестметрова риба меч, изпращаща бягаща вълна през тялото си, движи се във вода със скорост до 120 км / ч). В резултат на това се очертава чудесна картина на пълзящия полет на птеродактил - ултра ниско и ултра бавно, на крилата на пътуваща вълна, чиято ефективност се увеличава поради екранен ефект. Такъв полет от техническа гледна точка е рядък шедьовър!И излитането от водата - със скорост 2-3 метра в секунда - не би трябвало да е проблем. Птеродактил би могъл да придобие такава скорост на излитане, като пусне бягаща вълна, с намалена амплитуда, по протежение на крилете си разтворени върху водата - докато се изтласква не от въздуха, а от водата (сравнете: шестметрова риба меч, изпращаща бягаща вълна през тялото си, се движи във вода със скорост до 120 км / ч). В резултат на това се очертава чудесна картина на пълзящия полет на птеродактил - ултра ниско и ултра бавно, на крилата на пътуваща вълна, чиято ефективност се увеличава поради екранен ефект. Такъв полет от техническа гледна точка е рядък шедьовър!на крила, протегнати върху водата - докато се изтласква не от въздуха, а от водата (сравнете: шестметрова риба меч, изпращаща бягаща вълна през тялото си, се движи във водата със скорост до 120 км / ч). В резултат на това се очертава чудесна картина на пълзящия полет на птеродактил - ултра ниско и ултра бавно, на крилата на пътуваща вълна, чиято ефективност се увеличава поради екранен ефект. Такъв полет от техническа гледна точка е рядък шедьовър!на крила, протегнати върху водата - докато се изтласква не от въздуха, а от водата (сравнете: шестметрова риба меч, изпращаща бягаща вълна през тялото си, се движи във водата със скорост до 120 км / ч). В резултат на това се очертава чудесна картина на пълзящия полет на птеродактил - ултра ниско и ултра бавно, на крилата на пътуваща вълна, чиято ефективност се увеличава поради екранен ефект. Такъв полет от техническа гледна точка е рядък шедьовър!Такъв полет от техническа гледна точка е рядък шедьовър!Такъв полет от техническа гледна точка е рядък шедьовър!
И въпреки много тясната полетна специализация на птеродактила, има неоспоримо предимство: в сравнение с крилете на птиците крилата на пътуваща вълна са в състояние да задържат много по-голяма тежест във въздуха и дори с много по-малко съотношение на масата на полетните мускули към общото телесно тегло. Нека изразим надежда, че ще бъде възможно да се създаде въздухоплавателно средство, в което полетът ще се основава на описаните по-горе принципи - и който ще може да носи значителен полезен товар.
Авторът е много благодарен на К. Гумеров за поставянето на проблема, за адресите на информационните ресурси и за полезна дискусия.
Автор: А. А. Гришаев, независим изследовател