Полет насекомых - загадочное и до последнего времени плохо понимаемое явление. Невозможно понять и описать его механизм с точки зрения классической аэродинамики. Английские ученые Р. Сриглей и Л. Томас из Оксфордского Университета засняли на видеопленку и внимательным образом изучили полет бабочки адмирал Vanessa atalanta. Они пришли к выводу, что при полете эта бабочка использует несколько нетривиальных "аэродинамических трюков", - особых механизмов полета, позволяющих летать с малыми затратами энергии. Благодаря разработанной авторами камере наблюдения с "дымовыми линиями" эти механизмы стало возможным изучать и количественно оценивать производимые ими аэродинамические силы.

Авторы выделяют следующие нестандартные приемы: следовой захват (wake capture), два типа вращения ведущего края (leading-edge vortex), активный и неактивный "удар вверх" (upstroke), специальный "вращательный механизм" (rotational mechanism) и механизм "хлопка и броска" Вайса-Фога (Weis-Fogh "clamp-and-fling" mechanism). В реальном полете бабочки мастерски чередуют и комбинируют все эти механизмы, достигая недостижимых с точки зрения классической аэродинамики результатов при малых затратах энергии.

Мах крыла насекомого начинается с удара вниз и вперед. При этом образуется подъемная сила. Затем, из самой низшей точки, начинается "удар вверх". Крыло толкается вверх и назад и при этом разворачивается, что позволяет изменять угол атаки по ходу движения. В наивысшей точке крыло вновь разворачивается, при этом оно поворачивается передним концом вперед. Такой разворот в конце маха называется "вращательным механизмом". При этом создается завихрение воздуха. Затем крыло окончательно разворачивается, как бы захватывает созданное ранее завихрение воздуха и использует его энергию. Это называется следовым захватом. Маховой цикл на этом заканчивается, и опять начинается движение крыла вниз и вперед.

Итак, крыло никогда не остается в стабильном положении, оно все время динамично меняет форму во время маха, дважды разворачиваясь. Это явление открыто Вайс- Фоггом. Он же описал механизм хлопок-бросок, - два крыла на короткий момент касаются друг друга (схлопываются), а затем резко расхлопываются. Это создает дополнительный поток воздуха и дополнительную подъемную силу.

Еще один механизм - вращение ведущего края. Происходит разворачивание ведущего края крыла насекомого, благодаря чему создается дополнительная подъемная сила.

Понятно, что все эти эффекты очень трудно изучать, даже имея очень хорошую видеокамеру. Р. Сриглей и Л. Томас сумели провести исследования, позволившие им количественно оценить возникающую при этих эффектах подъемную силу. Они создали поток дыма (дымовые линии) в камере наблюдения, а затем засняли изменение таких дымовых линий. Таким образом ученые смогли оценить потоки воздуха вокруг бабочки во время полета.

Ученые получили ряд интересных результатов. Разные виды насекомых по-разному комбинируют и используют основные механизмы полета. Например, вращение ведущего края характерно для бабочек, но не для мух. Замечательно, что бабочка адмирал Vanessa atalanta использует все эти механизмы.

Итак, английские ученые разработали хорошую систему для изучения биомеханики полета насекомых и количественной оценки производимых при этом аэродинамических сил. Их статья опубликована в престижном международном журнале Nature.

Как знать, быть может, недалек тот день, когда будут созданы экономичные летательные аппараты на новых принципах полета.

Источник новости: 1. Srygley R.B., Thomas A.L. Unconventional lift-generating mechanisms in free-flying butterflies. Nature. Vol. 420. 12 Dec. 2002. p. 660-664. 2. Rafal Zbikowski. Red admiral agility. Nature. Vol. 420. 12 Dec. 2002. p. 615-618.

Пересказал А. Ермаков