СЕКРЕТИ МАШУЧОГО ПОЛЬОТУ, МОДЕЛІСТ-КОНСТРУКТОР
Механізм польоту крихітної південно-американської пташки колібрі є одним із найцікавіших з погляду аеродинаміки. Справа в тому, що схема роботи крил колібрі, мабуть, найбільш проста: вони рухаються практично в горизонтальній площині, а підйомна сила виникає на крилі незалежно від його руху.
На перший погляд здається, що побудувати досить велику механічну модель колібрі дуже просто, але тут набуває чинності невблаганний постулат, згідно з яким масовоінерційні сили при збільшенні розмірів механізму зростають настільки суттєво, що, мабуть, у природі не знайдеться матеріалу, здатного протистояти їм. Робити модель розміром з пташку безглуздо.
Розберемо докладніше фази руху крил колібрі. Кожне їх переміщається дугою кола; у крайніх точках крило загальмовується, зупиняється і починає нову фазу, причому кут його атаки змінюється на протилежний.
Але чи слід сліпо копіювати цей процес на моделі: навіщо зрештою зупиняти крила в «мертвих» точках, чи не простіше, не перериваючи помаху, пропускати ліве крило на правий бік моделі, а праве в той же час відповідно наліво.
Зіставлення руху крил колібрі та її механічної моделі :
А — сектор зміни напрямку руху крил колібрі та інверсія їхнього кута атаки; Б - сектори взаємозамінності крил моделі.
Розташуємо крила у двох паралельних площинах — приблизно так, як гвинти у вертольота співвісної схеми. Спочатку несучі площини підуть, обертаючись, назустріч один одному; поблизу площини симетрії моделі відбудеться так звана взаємозамінність: праве крило стане лівим і, навпаки, ліве правим.
Незважаючи на таку відмінність від прототипу, політ моделі практично нічим не відрізнятиметься від пташиного. Навіть суто візуально створюється ілюзія, що «напіввінти» не обертаються, а роблять рухи, що махають, в горизонтальній площині. Але, зрозуміло, суть не у зовнішній подобі, а фізичних засадах ефекту.
Розберемося докладніше у подібності механізмів польоту моделі та прототипу. Крило колібрі робить мах у певному секторі кола. Подібний сектор можна виділити і в моделі, практично він наближається до підлоги колу, але не дорівнює йому. У секторах маху (у колібрі) крила рухаються вперед, потім слідує їх миттєва зупинка після якої вони починають рухатися назад, при цьому кут їх атаки змінюється на протилежний.
Як у птаха, так і у моделі можна виявити ще по два кругові сектори, розташовані поблизу площин їх симетрії: у колібрі це сектори зміни напрямку руху крил та інверсії кута атаки, а у моделі — сектори взаємозамінності крил.
В останніх крила моделі як система, що махає, не працюють: ефектзмаху завершується кілька раніше того моменту, коли площини суміщаться на поздовжній осі, і починається тільки після того, як вони пройдуть це положення поблизу осісиметрії. Суто фізично сектори взаємозамінності визначаються як ділянки переходу від режиму помаху одного напрямку в режим помаху іншого напрямку.
Отже, можна зробити два висновки. Перший полягає в тому, що і у колібрі, і у моделі праворуч і ліворуч від площини симетрії чітко позначені сектори помаху крил. Вони адекватні — в тому й іншому випадку відбувається та сама робота, в цих секторах крила виступають як махаючі системи. І другий - поблизу площини симетрії розташовуються сектори зміни напрямку руху крил і зміни кутів атаки (у колібрі) і сектори взаємозамінності крил і зміни кутів атаки (у моделі). У тому й іншому випадку в них виконується одна функція - плавної еластичної зміни напрямку руху крил з відповідною зміною кутів атаки.
Найпростіша модель махолету з резіїомотором :
1 - рейка-фюзеляж, 2, 5 - крила, 3 - скоба-підшипник, 4 - вісь верхнього крила, 6 - гумомотор, 7 гачок.
Подивіться малюнок. Чи не правда, модель досить проста і нагадує всім відому гумомоторну схематичну модель вертольота співвісної схеми? Відмінність тільки в тому, що звичні погляду повітряні гвинти замінені нічим начебто не врівноваженими крилами, що обертаються в протилежні сторони.
Але ця неврівноважена здається. Якщо розглядати процес руху такого крила або, якщо хочете, напіввіїту, враховуючи не тільки масово-інерційні сили, а й сили аеродинамічні, то виявиться, що інерційної неврівноваженості супроводжує аеродинамічна неврівноваженість. Як показали експерименти з подібними моделями та подальше осмислення отриманих результатів, масово-інерційна неврівноваженість знаходиться як би в протифазі з неврівноваженістюаеродинамічній. Принцип автостабілізації такого апарату — у роботі комплексу сил, що діють на крила, — аеродинамічних та інерційних. Саме це і дозволяє вважати такий апарат не вертольотом із співвісними гвинтами, а махолетом — машиною з крилами, що махають.