Профессор Знаев

ЧТО ПОМОГАЕТ НАСЕКОМЫМ ПОРХАТЬ?

«Самым лучшим подарком были прозрач­ные крылышки, совсем как у стрекозы. Их привязали Дюймовочке на спину, и она тоже могла теперь летать с цветка на цветок». Пом­ните эту сказку Андерсена?

Большое внимание ученых, в том числе биомехаников, издавна привлекали полеты насекомых. Эти существа могут летать в лю­бом направлении, делать резкие повороты и зависать на месте, совершать маневры, недо­ступные самым современным реактивным са­молетам. «А вертолет?» — скажете вы. Но разве возможно на вертолете порхать, делать столь же точные подлеты, как бабочки — к цветкам, и садиться на абсолютно неблагоус­троенных площадках?

Выдвигающиеся крылья кузнечиков и жуков, грузоподъемность пчел и шмелей, ви­ражи стрекоз — все поражало, но оставалось непонятным. Самым обидным было то, что с помощью обычной аэродинамики — науки, применяемой при расчетах движения само­летов и вертолетов, понять, как насекомым удается летать, оказалось невозможно. На­пример, даже тщательный анализ не мог объяснить их высокую подъемную силу. А не разобравшись в этом, нельзя ничего поза­имствовать.

Однако в последнее время в изучении дви­жения этих крылатых существ наметились сдвиги. Исследователи с помощью аэродина­мической трубы наблюдали за полетом круп­ной моли. Размах ее крылышек достигает 10 сантиметров, а частота взмахов — 26 раз в секунду. В опытах с помощью струек дыма удалось обнаружить крошечные воздушные вихри, которые вились по крыльям моли, как маленькие смерчи.

Оставалось неясным, почему возникают такие спиральные потоки. Чтобы изучить процесс в деталях, нужно было найти еще более крупное насекомое. Но где взять по­добных «великанов»? Пришлось создать ме­ханическую «моль»!

Ученые воспользовались тем известным из аэродинамики фактом, что быстрый поток воз­духа над маленьким объектом можно имити­ровать медленным потоком — над большим объектом. И вот появилась рукотворная «моль», превосходящая размерами обычную в 10 раз и намного реже хлопающая крыльями (ее изображение — на рисунке слева). Модель обошлась ни много ни мало в 60 тысяч (!) дол­ларов. Почему так дорого? Следовало учесть, что крылья насекомых, а также птиц и лету­чих мышей представляют собой не жесткие, как у самолетов, а гибкие конструкции (это прекрасно видно на правой части рисунка). Во время движения они способны изменять фор­му, изгибаться — ив этом, как предполагали исследователи, могла крыться тайна возник­новения подъемной силы. Представьте, сколь­ко «умной» электроники пришлось «запих­нуть» в модель ради такой имитации!

И вот как только крылья механической моли начинали опускаться, у их передней кромки возникали те самые крохотные вих­ри. Они, не отрываясь, постепенно смещались вдоль поверхности крыльев. Этими воздуш­ными водоворотами и объяснялась высокая подъемная сила крыльев насекомого.

Но это лишь начало подробного исследо­вания полета насекомых. Необходимо продол­жить эксперименты, в том числе и компью­терное моделирование. К этим работам вни­мательно приглядываются военные: они с удовольствием использовали бы крохотных роботов-насекомых для наблюдения за про­тивником с воздуха.

Известно, сколько в свое время бились ин­женеры над проблемой загадочной вибрации крыльев самолетов, часто приводившей к ава­риям. А когда проблема была решена, обнару­жилось, что уже миллионы лет подобная виб­рация устраняется у стрекоз с помощью специ­ального утолщения в крыле. Так, уже не в пер­вый раз, прозевали подсказку природы. Очень не хотелось бы снова попасть впросак...