Парящий полёт

Многие птицы, такие, как альбатрос, гриф, кондор, могут часами держаться в воздухе, ни разу не взмахнув крыльями. Поддержкой им при этом служат восходящие потоки воздуха.

Способы парения у птиц разнообразны. Кроме восходящих потоков, птицы способны использовать пространственную и временную неравномерность встречных потоков.

Рассмотрим возможность парения во встречном воздушном потоке, скорость которого возрастает с высотой. Такое распределение скоростей по вертикали естественно, поскольку трение о землю подтормаживает нижние слои воздуха.

Парящие птицы часто кружат на одном месте. При этом половину своего кругового пути птица летит по ветру, половину — против ветра.

По ветру птица летит, планируя. Сама она при этом снижается, а скорость ее нарастает. Наступает момент, когда птица поворачивает против ветра. Теперь ее скорость относительно потока гораздо больше, чем при движении по ветру. Это значит, что увеличивается и подъемная сила. Она может превысить вес птицы, и тогда птица начнет подниматься.

Ее движение, тормозимое встречным потоком, естественно, будет замедляться. Однако благодаря тому, что с подъемом она попадает в слои воздуха со все возрастающей скоростью, ее скорость относительно потока будет снижаться не столь быстро, и птица, возможно, будет подниматься вплоть до того момента, когда повернет по ветру и вновь начнет планирование.

Цикл завершен. При движении по ветру птица снижалась, при движении против ветра — поднималась. Подъем превзойдет снижение, если крылья птицы будут установлены круче при встречном ветре, чем при попутном.

Другой способ динамического парения заключается в использовании порывов ветра. Расчеты показывают, что если птица летит против ветра в тот промежуток времени, когда ветер усиливается, и по ветру, когда он ослабевает, то по завершении цикла она оказывается выше точки, с которой начинался цикл.

Динамическое парение в порывистом потоке возможно при движении не только по винтовой, но и по прямой линии. При этом птица может использовать порывы ветра, изменяя наклон крыла. Ветер усилился — крыло наклонилось сильнее, угол атаки увеличился, возросла подъемная сила — птица начала подниматься. Ветер ослаб — крыло вернулось в прежнее положение — птица планирует, наращивая скорость до следующего порыва.

Естественно предположить, что порыв ветра сам отгибает крыло и меняет угол атаки. Чем сильнее нарастает скорость ветра, тем больше изгибается крыло. Такой простой закон управления можно обеспечить соответствующей конструкцией и жесткостью крыла.

Эту идею можно применить к планеру. Нарастающий встречный порыв ветра замедляет полет планера. При этом на всякое тело внутри планера будет действовать сила инерции, направленная вперед. Эту силу можно использовать для поворота закрылков планера, благодаря чему увеличилась бы подъемная сила крыльев.

Если кресло планериста укрепить на подвижных шарнирах, то замедление полета, вызванное порывом ветра, отклонит кресло вперед. Тяги, соединяющие кресло с закрылками, отогнут их на некоторый угол. При ослаблении ветра пружины вернут кресло и закрылки в прежнее положение. Планер с такой конструкцией крыльев будет отнимать энергию от неравномерного встречного потока и тем самым сохранять или даже увеличивать высоту полета.

Если воздушный поток мало меняется по времени, но сильно меняется по высоте, можно использовать пространственную неравномерность потока. Используя руль высоты, можно заставить планер летать по синусоидальной траектории, то поднимаясь вверх и попадая в сильный встречный ветер, то опускаясь вниз, в более медленный воздушный поток. Скорость планера относительно потока будет меняться во времени, и можно будет вновь использовать энергию ветра для подъема, как было описано выше.

Такого же эффекта можно достичь при движении по винтовой линии, подобной той, по которой в парящем полете поднимаются птицы.

----------------------

фото-www.planetbirds.blogspot.com