Как летучие мыши натягивают свои крылья
Новое исследование американских ученых показало, что летучие мыши пользуются гибкостью своих крыльев для сохранения энергии в полете.
Группа ученых из Университета Брауна (США) во главе с Аттилой Бергоу и Дэниелом Рискином интересовалась тем, как рисунок движения крыльев летучих мышей изменяется в зависимости от размера животных. Исследования проводились в аэродинамической трубе на 27 летучих мышах шести видов с помощью высокоскоростной съемки 1000 кадров в секунду. Ученые пытались выяснить, как часто происходили взмахи крыльями, на какую длину вытягивались крылья, когда они опускались и поднимались при взмахе. Путем препарирования было подсчитано распределение массы в разных частях крыла животного. Первые результаты ученые опубликовали в 2010 году в Journal of Experimental Biology и приступили к дальнейшему анализу собранных данных.
При взмахе вверх площадь крыла уменьшается, а вместе с этим – сопротивление движению крыла в воздухе (в этом направлении). Уменьшение размаха достигается благодаря сгибу в суставах. При движении вниз крыло раскрывается как зонтик, площадь крыла увеличивается, повышается подъемная сила и создается тяга вперед.
Наблюдения и расчеты показывают, что, слегка изгибая крыло при подъеме, летучие мыши используют только 65% от всей энергии, которую бы потратили, оставь они своё крыло в этот момент полностью вытянутым. Летучие мыши имеют тяжелые, мускулистые крылья с гибкими суставами и используют эту гибкость, чтобы компенсировать массу крыльев.
Анализируя детали того как летучие мыши разворачивают и сворачивают крылья, преподаватель экологии и эволюционной биологии в Университете Брауна Шарон Шварц предполагает, что это движение возникло не случайно, поскольку оно энергетически более выгодно животному. Команда исследователей признает, что аэродинамика играет большую роль в энергоэффективности полета. Аттила Бергоу, физик, удивился, узнав, что экономия энергии оказалась столь велика. Тем более, расчеты показывают, что летучим мышам действительно приходится тратить много энергии, чтобы изогнуть свои крылья, а потом выпрямить их снова перед опусканием.
Исследования полета летучих мышей в аэродинамической трубе и анализ движения действующих сил на крыло в процессе полета неоднократно проводились в середине ХХ века отечественными и зарубежными учеными. Благодаря новому исследованию удалось рассмотреть движение крыла в деталях и оценить энергоэффективность полета.
Крылья с перьями обеспечивают птицам полет на десятки тысяч километров. В отличие от пернатых, достигших аэродинамического совершенства, летучим млекопитающим приходится туго, ведь без перьев аэродинамическое качество крыла значительно ниже. Способ полета летучей мыши ярко показывает, как в результате эволюции было создано адаптивное крыло – подстраивающееся под действие нагрузок для оптимизации затрат на осуществление полета.
На заре авиации многие конструкторы видели в крыле летучей мыши реально осуществимую конструкцию при тогдашнем уровне развития техники и технологии. Например, французский конструктор Клеман Адер в конце XIX века построил несколько аппаратов «Авион», с виду напоминающих летучих мышей (один их этих аппаратов сейчас находится в Музее искусства и ремесел в Париже).
Авиаконструкторы и сегодня пытаются использовать деформации крыла под воздействием аэродинамических нагрузок для оптимизации аэродинамического качества крылатых летательных аппаратов на различных режимах полета. Исследования финансирует ВВС США, и ученые надеются, что их работа поможет в будущем.