Изот Литинецкий - Беседы о бионике

Можно было бы рассказать по меньшей мере еще о двух десятках "летающих неожиданностей", существующих либо еще только на листах ватмана, либо в виде экспериментальных машин. Однако ни один из предложенных проектов не дает авиаконструкторам права утверждать, что проблема вертикального взлета и посадки решена. Не говоря уже о многочисленных технических трудностях, препятствующих созданию высокосовершенных вертикально взлетающих самолетов, здесь еще приходится считаться с экономической стороной проблемы. Проведенные одной американской фирмой исследования показывают, что стоимость аппаратов вертикального взлета и посадки будет почти вдвое, а эксплуатационные расходы — примерно на 75% больше, чем у современных самолетов. Нет нужды доказывать, что решать проблему вертикального взлета и посадки такой дорогой ценой нельзя.

Где же выход? Да опять-таки в применении "изобретенного" природой механизма машущего полета и прежде всего в моделировании довольно широко распространенного среди насекомых "стоячего" полета. Стоячий полет, т. е. полет, при котором организм при помощи крыльев может держаться в воздухе совершенно неподвижно, является разновидностью гребного полета. Все, вероятно, видели летом небольших мух, "висящих" в воздухе как бы в одной точке (при этом тело насекомого большей частью занимает горизонтальное положение). Время от времени они внезапно передвигаются на несколько десятков сантиметров и вновь неподвижно "застывают" в воздухе. Передвижение происходит настолько быстро, что уловить его нельзя, можно лишь убедиться, что муха исчезла с прежнего места и появилась в другом. Это мухи семейства сирфид (журчалки). Их стоячий полет может длиться часами и, по-видимому, не утомляет насекомое. Сирфиды могут "выключать" пропеллирующую часть своего полета, оставляя только подъемную (элеваторную), поэтому они не подвигаются вперед и "зависают" неподвижно в любой точке пространства. Траектория перемещения крыла у них изменена следующим образом. Крыло опускается, не заносясь вперед. Оно ударяет, таким образом, вниз всей своей поверхностью и дает элеваторный эффект. Дойдя до предела опускания, крыло поворачивается на 90° вокруг своей продольной оси передним краем вверх, так что плоскость крыла становится вертикально. В таком положении оно возвращается по прямой вверх, прорезая воздух передним краем, как ножом. При таких условиях поднятие крыла не дает пропеллирующего эффекта и вся работа крыла ограничена элеваторными ударами. Достигнув верхнего положения, крыло поворачивается и снова принимает горизонтальное положение. В эту долю секунды муха успевает "начать падение", завершающееся мягкой вертикальной посадкой, т. е. делает то, на что способен не каждый вертолет. Приведем еще один пример. Пчела, садясь на цветок, на момент неподвижно повисает в воздухе, затем вытягивает вперед все шесть лапок и плавно опускается всей тяжестью своего тела на избранную "посадочную площадку", удерживаясь на ней лапками с цепкими коготками. Полная безопасность посадки! И еще одна деталь. В отличие от вертолета, нуждающегося для посадки в довольно ровной, горизонтальной площадке, пчела и другие насекомые садятся на неровный и часто совсем не горизонтально расположенный предмет, в приведенном примере на цветок. Даже в этой небольшой детали посадки есть чему поучиться у насекомых.

Большой интерес для техники представляет высокая маневренность полета насекомых, умение виртуозно управлять им. Так, бражники развертывают на лету свой длинный хоботок и вводят его в цветок, не присаживаясь. Например, бабочка языкан питается на льянке, у которой вход в венчик закрыт двумя губами. Ориентация хоботка должна быть здесь очень точной, и насекомому в этом помогает работа крыльев. Бражник при этом покачивается в воздухе около цветка вправо и влево. Одними из самых поворотливых в воздухе насекомых являются многие мухи. Так, даже на комнатной мухе, которая не принадлежит к особенно хорошо летающим формам, можно наблюдать, как одна особь гоняется за другой. Муха очень быстро бросается в воздухе из стороны в сторону, а другая муха следует за первой на коротком расстоянии, в точности повторяя траекторию ее полета. Относительно стрекоз, перепончатокрылых и бражников известно, что они могут передвигаться в воздухе не только вперед, но и назад. Немало насекомых способно выполнять в воздухе невероятные "эволюции", вплоть до самых головокружительных фигур "высшего пилотажа". В частности, равно или разнокрылые стрекозы могут вертикально подниматься и опускаться, а затем посредством быстрой авторотации переходить в обычный полет. Одна из сирфид легко делает "бочку" и "мертвую петлю" Нестерова. Более того, она может даже повисать в воздухе в полной неподвижности спинкой вниз! Делается это так: сначала муха занимает нормальное положение, спиной вверх, затем она поворачивается на 90° вокруг продольной оси крыльев головой вверх, затем поворачивается в том же направлении еще на 90° и принимает положение спиной вниз. Весь этот каскад фигур насекомому удается выполнить благодаря очень большой быстроте работы рецепторного и летательного аппаратов и их точной координации. Достаточно сказать, что муха хризотоксум кувыркается в воздухе с такой скоростью, что каждый ее поворот в вертикальной плоскости занимает всего лишь 0,001 сек!

Рассмотренные выше многообразные преимущества летных характеристик насекомых побудили отдельных ученых, инженеров, изобретателей различных стран заняться разработкой энтомоптеров — аппаратов, летающих по тому же принципу, что и насекомые. За последнее время у нас в СССР и за рубежом было создано несколько моделей энтомоптеров. Некоторые из них даже поднимались в воздух. Однако соперниками самолетов и вертолетов эти экспериментальные аппараты, как известно, пока еще не стали по той простой причине, что все конструкции энтомоптеров были созданы без учета необычайно сложной кинематики и аэродинамики крыла насекомого, которое хранит еще десятки нераскрытых секретов.

Но создание энтомоптера уже не фантастика. Это вполне осуществимая машина. Следует лишь иметь в виду, что небольшие размеры насекомых, их малый вес обусловливают совсем другую аэродинамику полета, чем та, которая возможна для больших конструкций. Здесь нельзя основываться только на законах подобия, так как с увеличением размеров энтомоптера до размеров самолета значительно меняются все соотношения между прочностью и гибкостью крыла, частотой взмахов и другими показателями. Вероятно, первые "настоящие" энтомоптеры, созданные с учетом подробных знаний о физическом механизме полета насекомых, будут летательными аппаратами так называемой "малой авиации". Управляемые по радио, они будут служить надежным средством связи, для переброски небольших грузов, для аэрофотосъемки, для подъема аэрологических приборов на высоту и других целей. Далее, энтомоптеры, по-видимому, станут удобным транспортным средством для широких масс населения. Такой махолет по своим размерам, как нам мыслится, не будет больше современного легкового автомобиля, он будет гораздо проще по конструкции, легче в управлении и научиться летать на нем можно будет за несколько дней. Для полета из Москвы в Ленинград потребуется израсходовать не более... десятка литров бензина!