ДВУХ ВИХРЕВАЯ МОДЕЛЬ МАШУЩЕГО ПОЛЁТА ПТИЦ (ПРИ ВЕРТИКАЛЬНОМ ВЗЛЁТЕ/ПОСАДКЕ) И НАСЕКОМЫХ.

Опубликовано здесь:

Двух вихревая модель машущего полёта птиц (вертикальный взлёт , посадка) и насекомых.

1. СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О МАШУЩЕМ ПОЛЁТЕ НАСЕКОМЫХ:

Машущий полёт насекомых является манёвренный, экономичный, устойчивый и быстрый. Траектория полёта большинства видов складывается из различных поворотов, коротких бросков в стороны, петель, неожиданных остановок, резких изменений высоты и т.п.

Крыло насекомых представляет собой мембрану, разные части которой обладают различной жесткостью: средняя часть крыла более жесткая, чем передняя кромка.

Скорость движения крыла насекомого даже во время установившегося полета в разные стадии цикла не является постоянной: она уменьшается до нуля в верхней и нижней точках удара, причем направление движения крыла в этих точках меняется на противоположное. Удар вверх/вниз,  осуществляется быстрее, чем удар вниз/вверх в разные моменты времени.

Результирующая скорость движения крыла при машущем полете складывается из поступательной и колебательной, а само движение крыла на протяжении большей части крылового цикла не совпадает даже по направлению с движением всей системы (летящего насекомого).  Далее, при машущем полете в разные фазы крылового цикла меняется (и весьма существенно!) угол атаки, а соответственно и аэродинамические силы, действующие на крыло. Более того, даже в одну и ту же фазу углы атаки разных сечений крыла оказываются различными.

К тому же удивительно то, что  крыло насекомого создано анти аэродинамическим.  Оно покрыто различными волосками, чешуйками, гребешками и другими образованиями.

       Некоторые  из этих образований являются органами чувств. Но большинство  не несёт рецепторной функции.  По мнению ряда исследователей  волоски и щетинки могут являться своеобразными турбулизаторами, создающими микро вихри.

2. СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ МАШУЩЕГО ПОЛЁТА ПТИЦ:

Все видели, как взлетают птицы с широким вогнутым крылом. Они взмывают с места, без разбега и даже могут поднимать дополнительный груз.

В 50-х годах нынешнего века ученик Н. Е. Жуковского профессор В. В. Голубев высказал мысль, что от крыла при взмахах отделяются вихри, которые образуют за машущим крылом вихревую дорожку.

При взмахах крыла несимметричного (вогнутого) профиля или профиля, имеющего некоторый начальный установочный угол, и особенно при неравномерных взмахах образуется так называемая косая вихревая дорожка. При этом увеличивается значение подъемной силы.

Опускаясь, крыло как бы сбрасывает с себя образовавшийся вихрь. При этом чрезвычайно важно, чтобы крыло двигалось с ускорением. Вихрь, получая импульс от крыла, отбрасывается, унося с собой энергию.

На нижней и верхней поверхностях крыла интенсивность образующихся вихрей различна. Она зависит как от геометрических характеристик профиля (вогнутости, толщины, угла установки), так и от характера движения (неравномерность взмахов). Например, профили вогнутые, широкие, такие, как у орла и глухаря, позволяют образовываться на нижней поверхности крыла очень интенсивным вихрям.

В зависимости от геометрических характеристик профиля – вогнутости, начального угла установки и т. д. – величина начального вихря в верхнем и нижнем положениях может быть различна. Разность этих величин и есть подъемная сила машущего крыла.

Интересные свойства вихревых образований хорошо объясняют, почему разрезные крылья, птиц, состоящие из отдельных перьев, кажется, совершенно не связанных друг с другом, дают возможность птицам летать. Приходилось наблюдать, как птицы, у которых в «веере» крыла недоставало одного, двух, трех перьев, благополучно летали.

Дело в том, что вихрь в силу своих свойств не имеет возможности просочиться сквозь решетку перьев. Он как бы катится по ней, как может катиться, например, капля воды по сетке, не просачиваясь сквозь нее.

Это всё прекрасно согласуется с экспериментом во время полёта, но не когда птица взмывает стремительно вверх или садится.

3.ГРЕБЕНЧАТОЕ КРЫЛО.

    Прежде, чем приступить к рассмотрению  вихревой модели машущего полёта — необходимо более подробно остановится на конструктивных особенностях крыла.

Интересные особенности строения крыльев насекомых и птиц, а именно:

  • крыло насекомого создано анти аэродинамическим.  Оно покрыто различными волосками, чешуйками, гребешками и другими образованиями.      Некоторые  из этих образований являются органами чувств. Но большинство  не несёт рецепторной функции.  По мнению ряда исследователей  волоски и щетинки могут являться своеобразными турбулизаторами, создающими микро вихри.
  • Крылья птиц с задней части можно сказать – разрезные. Окончания  состоят из отдельных перьев, а у некоторых кажется, совершенно не связанных друг с другом, дают возможность птицам летать. Или всем приходилось наблюдать, как птицы, у которых в «веере» крыла недоставало одного, двух, трех перьев, благополучно летали.

натолкнули на мысль  провести эксперименты с искусственным аналогом  крыла с учётом выше сказанного, а именно: c гребенчатым крылом.

Гребенчатое крыло представляет собой плоскость, разрезанную поперёк на расстояние 1/3 ширины крыла.

Видео работ по гребенчатоему крылу:

Более подробно о работе гребенчатого крыла завихрителя  опубликовано здесь:

После проведения практических работ с крылом такого вида  были обнаружены эффекты, о которых остановимся более подробно ниже .

Классическое, так сказать монолитное крыло не позволило обнажить такого эффекта.

4. ДВУХ ВИХРЕВАЯ  МОДЕЛЬ МАШУЩЕГО ПОЛЁТА

Исходя из выше изложенного и на основании проведённых практических работ с так называемой гребенчатой  лопастью предлагается новая вихревая модель машущего полёта птиц (при взлёте, посадке) и насекомых (на всём участке полёта).

Двухвихревая модель машущего полётазаключается в том, что машущий полёт осуществляется за счёт формирования каждым так называемым гребенчатым крылом одновременно двух связанных (контактирующих)  между собой по оси симметрии вихревых расходящихся потоков с противоположными по знаку интенсивностями.

Принцип формирования вихревых потоков показан на рис. 1.

Рис. № 1. Вихревой машущий полёт и формирование вихревых потоков.

При этом, если два вихря имеют равные по величине, но противоположные по знаку интенсивности, то они сообщают друг другу равные по величине и одинаково направленные скорости, т.е. движутся поступательно.  Условием поступательного перемещения является вязкость среды.  Вихри взаимодействуют как упругие тела, но передают друг другу не импульс, а момент импульса прецессионного движения.

Направление поступательного движения в этом случае будет зависеть от интенсивности формирования одного вихря по отношению к другому, т.е. от интенсивности взмаха или хлопка крыла.

Основу вихревой модели машущего полёта составляет взаимодействие  линейных расходящихся вихрей.

Для наглядности рассмотрим, как взаимодействуют друг с другом два цилиндрических вихря.

При вращении в газовой среде двух параллельно расположенных линейных вихрей между ними возникает силовое взаимодействие, рис. № 2.  При этом взаимодействие будет определяться их направлениями вращения относительно друг друга. Если между вихрями провести плоскость симметрии, то легко видеть, что вихри своим вращением должны загонять газ из свободного пространства в область этой плоскости. Учитывая, что газ обладает плотностью и, следовательно, инерционностью, для того чтобы он двигался ускоренно в этом промежутке, его нужно сжать. Это приведет к тому, что плотность газа в этом промежутке окажется выше плотности газа в свободном пространстве, это повысит его температуру и давление. На вихри начинает действовать кроме смещения — линейного расталкивающая их сила. 

Рис. 2. Силовое взаимодействие вихрей

 F – сила, воздействующая на цилиндр в направлении, перпендикулярном направлению потока;

Р –давлений между вихрями; 

Р– давление в свободном пространстве

Машущий полёт способен менять силы F1 и F2 и тем самым менять  и направление перпендикулярной силы плоскости кольца, в ту сторону, в которую воздух вытекает из конуса

Особенности  сформированным таким способом двух взаимодействующих между собой линейных расходящихся линейных вихрей:

1.    Равномерное и прямолинейное движение линейного вихря имеет место лишь при действии на него другого линейного вихря такой же интенсивности с противоположным вращением. 

2.    Вихри взаимодействуют как упругие тела, но передают друг другу не импульс, а момент импульса прецессионного движения.

3.    Вихри при взаимодействии не совершают работы и не проявляют инерции. Вихри   не могут оставаться неподвижным. Они будут двигаться по направлению, перпендикулярному плоскости кольца, в ту сторону, в которую воздух вытекает из конуса. Это движение будет тем быстрее, чем больше интенсивность вихря и чем меньше размер кольца. Конус будет передвигаться равномерно, перенося за собой всю крутящуюся вокруг него воздушные массы.

В такой вихревой  структуре на вихри будет действовать две силы.

Одна направлена на расталкивание вихрей вверх вниз.

Другая будут заставлять такую вихревую структуру двигаться по направлению, перпендикулярному плоскости кольца, в ту сторону, в которую воздух вытекает из конуса.

Исходя из наблюдений, что скорость движения крыла  даже во время установившегося полета в разные стадии цикла не является постоянной. Удар вверх/вниз,  осуществляется быстрее, чем удар вниз/вверх в разные моменты времени. Можно предположить, что в полёте формуются различные интенсивности или верхнего, или нижнего вихря. Тем самым изменяется выталкивающая сила одного вихря по  сравнению с другим.

Таким образом, сила выталкивания одного вихря по сравнению с другим  заставлять такую вихревую структуру двигаться по направлению, перпендикулярному плоскости кольца, в ту сторону, в которую воздух вытекает из конуса, и формируют общую подъемною сил машущего полёта.    

К сожалению, технически реализовать машущий полёт с одновременным изменением скорости маха вверх или хлопок вниз в настоящее время на простых моделях затруднительно.

Практические работы, подтверждающие выше изложенное опубликованы ниже:

Видео формирования двух вихрей гребенчатым крылом передней кромкой крыла здесь:

Видео формирования двух вихрей гребёнчатым крылом  концом крыла здесь:

Добавить комментарий

Заполните поля или щелкните по значку, чтобы оставить свой комментарий:

Логотип WordPress.com

Для комментария используется ваша учётная запись WordPress.com. Выход /  Изменить )

Google photo

Для комментария используется ваша учётная запись Google. Выход /  Изменить )

Фотография Twitter

Для комментария используется ваша учётная запись Twitter. Выход /  Изменить )

Фотография Facebook

Для комментария используется ваша учётная запись Facebook. Выход /  Изменить )

Connecting to %s