09 марта 2016г.
В наш современный век технологий люди пользуются всеми видами творения рук человека. За последнее время технологии развиваются очень быстрыми темпами и мы часто не всегда успеваем следить за новыми идеями инженеров. Мы даже не задумываемся о том как были сделаны те или иные устройства, которыми пользуемся. Когда художник пишет картину, он обычно смотрит на фотографию или на живописные места. То же самое происходит и с инженерами, когда они наблюдают за животными, птицами или насекомыми, хотят повторить их движения, манѐвренность в своих творениях. Они исследуют строение различных биологических структур, чтобы создать новые усовершенствованные устройства. Но как это в действительности происходит? И на примере каких животных создаются великие изобретения людей?
С давних пор люди всегда хотели летать и им это удалось. Мечта человечества о полѐте, возможно, впервые была реализована в Китае, где полѐт человека, привязанного (в виде наказания) к бумажным змеям был описан в VI веке н. э. Позднее первый управляемый полѐт на дельтаплане совершил Аббас ибн Фарнас в Аль- Андалусе в IX веке н. э. У Леонардо да Винчи (XV в.) мечта о полѐте нашла выражение в нескольких проектах, но он не пытался их реализовывать. Первые серьѐзные попытки полѐта человека были реализованы в Европе в конце XVIII века. Наблюдая за нашими инженерами, мы можем увидеть какие доработки были сделаны в полѐте человека. С точки зрения аэродинамики наиболее выгодным будет такое крыло, которое обладает способностью создавать подъемную силу при возможно меньшем лобовом сопротивлении. Чем больше аэродинамическое качество крыла, тем оно совершеннее. Величина качества для современных самолетов может достигать 14-15, а для планеров 45-50. Это означает, что крыло самолета может создавать подъемную силу, превышающую лобовое сопротивление в 14-15 раз, а у планеров даже в 50 раз.
Конструкторы Флоридского университета разработали новую схему планера для небольших беспилотных самолетов. На разработку этой схемы конструкторов вдохновило крыло чайки, которое меняет профиль в зависимости от полета птицы. Чайки совершают фигуры высшего пилотажа, сгибая крылья в локтевых и плечевых суставах. Они разработали принципиально новую систему изменения геометрии крыла, которая позволит улучшить летные характеристики аппаратов во время планирования и резкого маневрирования. Такое хитроумное устройство крыльев позволяет маленькому самолѐту парить и лавировать между высокими зданиями. В зависимости от того, в каком режиме будет лететь аппарат, его крыло может принимать "W-образную" форму, или "М-образную". В первом случае самолет будет обладать улучшенными маневренными характеристиками, во втором - хорошо планировать, так как высшая точка профиля крыла находится значительно выше центра тяжести. Эта схема годится лишь для небольших аппаратов - крупные дроны, размерами приближающиеся к нормальному самолету, нельзя оборудовать такой системой. Дело в том, что механизмы изменения геометрии крыла достаточно много весят относительно общего веса аппарата и не выдержат такой нагрузки.[1]
Что можно перенять у сов инженерам? Перья большинства птиц в воздухе создают турбулентность, от которой много шума. У сов же края маховых перьев распушены. Это гасит звуковые волны, возникающие при опускании крыла. Остаточные звуки поглощаются пуховыми перьями, которыми покрыто все тело птицы. Мягкие пуховые перья, которыми покрыто тело птицы, и бахрома из перьев на передних и задних краях ее крыльев помогают гасить завихрения воздуха. Сова совершенно бесшумно рассекает темноту и камнем падает на ничего не подозревающую жертву.
Инженерам хотелось бы перенять у сов секрет их беззвучного полета. Если бы самолеты производили меньше шума, то аэропорты, имеющие ограничения в работе из-за сильного гула, могли бы разрешать взлет и посадку в любое время суток. [2]
Чему авиационные конструкторы могут научиться у горбатых китов? Взрослый горбач весит около 30 тонн — столько же, сколько большой тяжело груженный автомобиль. У кита довольно жесткое тело с огромными, подобными крыльям плавниками. Однако этот двенадцатиметровый гигант удивительно подвижен в воде. Например, при охоте горбатый кит подныривает под стаю криля или косяк мелкой рыбы и устремляется вверх, двигаясь по спирали. Одновременно он выдувает из дыхал массу мелких пузырьков воздуха. С помощью такой «пузырьковой сети», которая обычно не превышает полутора метров в диаметре, кит подгоняет добычу ближе к поверхности. Теперь ему остается только разинуть рот и проглотить обильную порцию корма.
Больше всего ученых интересовало, как это, казалось бы, неповоротливое животное может двигаться по такой крутой спирали. Они обнаружили, что секрет кроется в плавниках кита. В отличие от крыльев самолета передний край его плавников не гладкий, а зазубренный и имеет ряд выступающих бугорков.
Когда кит стремительно рассекает толщи воды, эти бугорки увеличивают подъемную силу и уменьшают сопротивление. Каким образом? В одном журнале по естествознанию объяснялось, что благодаря бугоркам поток воды упорядоченно и равномерно проходит над плавником, даже если кит делает очень крутой подъем. Если бы передний край плавника был гладким, кит не смог бы подниматься по такой крутой спирали, поскольку вода образовывала бы воронку, закручиваясь у плавников и ослабляя подъемную силу. Какое практическое применение может иметь это открытие? Крыльям самолетов, построенным по такому же принципу, потребуется гораздо меньше закрылок и других устройств, предназначенных для регулирования воздушного потока. Такие крылья окажутся более надежными, и их легче будет обслуживать. Специалист в области биомеханики Джон Лонг считает, что недалек тот день, «когда каждый самолет будет оснащен такими же бугорками, какие имеются на плавниках горбатых китов». [3]
У природы можно позаимствовать так много полезных идей, что ученые даже создали специальную базу данных, в которую уже занесено несколько тысяч различных биологических систем. Как говорится в журнале «Экономист», эта база данных поможет инженерам находить «естественные, взятые в природе решения для своих дизайнерских разработок». Биологические системы, внесенные в базу данных, названы «биологическими патентами». Обычно владелец патента — это человек или целая компания, которые официально заявляют о своей новой идее или изобретении. Вот что говорится в журнале «Экономист» относительно базы данных биологических патентов: «Назвав оригинальные решения биомиметики „биологическими патентами―, ученые, по сути, признали, что природа — обладатель патента».
Проведѐнные исследования позволяют сделать вывод, что достаточно интересных идей, которые мы можем сами воплотить в жизнь, а достаточно понаблюдать за некоторыми животными, птицами или насекомыми.
Список литературы
1. Беспилотным самолетам приделали птичьи крылья [Электронный ресурс.] Режим доступа: http://lenta.ru/news/2005/08/26/shape/
2. Перо совы [Электронный ресурс.] Режим доступа: http://www.liveinternet.ru/users/grateful/post264015924/
3. ―Летел по небу кит горбатый‖ [Электронный ресурс.] Режим доступа: http://www.nat-geo.ru/article/782-letel- po-nebu-kit-gorbatyiy/
