Результаты экспериментальных исследований кинематики машущего крыла насекомого из отряда двукрылых, полученные В. Нахтигалем

Аэродинамические силы, возникающие при функционировании машущих движителей, во многом определяются кинематикой крыла. Определяющими факторами являются: наклон плоскости маховых движений, закон махового и возвратно-вращательного движения крыла относительно его продольной оси, форма и профиль крыла.

Одна из наиболее обоснованных (в техническом плане) попыток описания кинематики крыла двукрылого (мухи Phormia regina) и определения физической картины возникновения подъемной силы и силы тяги крыла была предпринята в работе В. Нахтигаля [Нахтигаль В., 1966]. В его экспериментах муха была установлена на трехкомпонентных весах перед соплом небольшой аэродинамической трубы незамкнутого типа (рис. 1.14). Насекомое было закреплено за нижний конец брюшка, что обеспечивало ему максимальную свободу и предоставляло возможность самому ориентироваться относительно воздушного потока.

Эксперименты проводились как в статическом положении (при отключенной аэродинамической трубе), так и при различных режимах, имитирующих горизонтальный полет. Причем обратная связь позволяла выбирать и устанавливать автоматически такие режимы работы аэродинамической трубы, которые согласовывались с частотой маховых движений насекомого. Результаты обработки данных скоростей киносъемки по трем одновременным изображениям изучаемого объекта (виды сбоку, снизу, спереди) представлены на рис. 1.15-1.17.

Из рисунков видно, что крыло в цикле маха описывает довольно сложную кривую и в пространстве, и относительно тела насекомого. Что примечательно: как при включенной аэродинамической трубе, так и при отсутствии обдува плоскость маховых движений наклонена по отношению к горизонтальной плоскости на угол, составляющий примерно 45°. А по В.В. Голубеву, положение плоскости маховых движений должно было измениться на 90° для обращения тяги в подъемную силу.

Важным, с точки зрения проведения эксперимента и расчетов, является замечание В. Нахтигаля о том, что в течение важнейших моментов движения сохраняется конструктивная целостность крыла. То есть в первом приближении при проведении аэродинамических расчетов крыло можно считать жестким. В дополнение следует добавить, что визуальные наблюдения за кадрами киносъемки мухи подтверждают сохранение формы и профиля крыла в фазе его опускания, когда создается основная часть подъемной силы.

Ь

Экспериментальная установка для изучения кинематики

Рис. 1.14. Экспериментальная установка для изучения кинематики

аэробионта из отряда двукрылых

ЛЫ». И)

ЛЬ»). 20

Рис. 1.15. Изображение изменений положения крыла в цикле одного маха (виды сбоку, снизу, спереди) - начало

АЬЬ. 21

АЬЬ. 22

Рис. 1.15. Окончание

Кинематика крыла мухи Phormia regina в свободном полете

Рис. 1.16. Кинематика крыла мухи Phormia regina в свободном полете

Пространственная траектория вершины крыла мухи Phormia regina (а) и ее первая (б) и вторая (в) производные по времени

Рис. 1.17. Пространственная траектория вершины крыла мухи Phormia regina (а) и ее первая (б) и вторая (в) производные по времени

Вместе с тем, в суждениях В. Нахтигаля обнаруживаются следующие спорные моменты.

Во-первых, вызывает сомнение чистота опыта с аэродинамической трубой. Аэродинамическая труба - это важный инструмент при изучении стационарных аэродинамических явлений. Аэродинамика быстромашущего крыла-явление нестационарное. К тому же визуальные наблюдения за полетами птиц в штиль и ветреную погоду свидетельствуют о существенных различиях кинематики маховых движений крыльев в первом и во втором случаях.

Во-вторых, в эксперименте использованы уникальные аэродинамические весы. По непонятным причинам не опубликованы количественные результаты исследований.

В-третьих, В. Нахтигаль предполагает, что в конце махового движения при опускании крыла и в конце последующего подъема возникают аэродинамически неблагоприятные силы, которые, по его мнению , являются «неизбежным злом» ввиду того, что повороты при этих движениях происходят пассивно. Между тем из проведённых расчетов (5.2) видно, что в активных вращательных движениях крыла относительно его продольной оси при его опускании и подъеме скрыты большие резервы для создания подъемной силы и тяги.

Исходя из того, что при обдуве и без обдува насекомого плоскость маховых движений крыльев не изменяет своего наклонного положения, способ совершения маховых движений может быть назван наклонно-маховым.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ     След >