Механизация крыла самолета: описание, принцип работы и устройство. О строении скелета птицы Что такое крылья у птиц
Термин «механизация крыла» на английском звучит как «high lift devices», что в дословном переводе – устройства для повышения подъемной силы. Именно это и является основным предназначением механизации крыла, а где находятся плоскости, относящиеся к механизации крыла и каким образом увеличивают подъемную силу, а также зачем это нужно - расскажет эта статья.
Механизация крыла – перечень устройств, которые устанавливаются на крыло самолета для изменения его характеристик на протяжении разных стадий полета. Основное предназначение крыла самолета – создание подъемной силы. Этот процесс зависит от нескольких параметров – скорости движения самолета, плотности воздуха, площади крыла и его коэффициента подъемной силы.
Механизация крыла непосредственно влияет на площадь крыла и на его коэффициент подъемной силы, а также косвенно на его скорость. Коэффициент подъемной силы зависит от кривизны крыла и его толщины. Соответственно можно сделать вывод, что механизация крыла кроме площади крыла еще и увеличивает его кривизну и толщину профиля.
На самом деле не совсем так, ведь увеличение толщины профиля связано с большими технологическими сложностями, не столь эффективно и больше ведет к увеличению лобового сопротивления, потому этот пункт необходимо отбросить, соответственно механизация крыла увеличивает его площадь и кривизну. Делается это с помощью подвижных частей (плоскостей), расположенных в определенных точках крыла. По месторасположению и функциям, механизация крыла делится на закрылки, предкрылки и спойлеры (интерсепторы).
Закрылки самолета. Основные виды.
Закрылки – первая из придуманных разновидностей механизации крыла, они же и наиболее эффективны. Они широко применялись еще до Второй Мировой войны, а на ее протяжении и после их конструкция была доработана и, также, были изобретены новые виды закрылок. Основными характеристиками, которые указывают на то, что это закрылок действительно является им – его расположение и манипуляции, которые с ним происходят. Закрылки всегда находятся на задней кромке крыла и всегда опускаются вниз, и, к тому же, могут выдвигаться назад. При опускании закрылка увеличивается кривизна крыла, при его выдвижении – площадь. А раз подъемная сила крыла прямо пропорциональна его площади и коэффициенту подъемной силы, то если обе величины увеличиваются, закрылок выполняет свою функцию наиболее эффективно. По своему устройству и манипуляциям закрылки делятся на:
- простые закрылки (самый первый и самый простой вид закрылок)
- щитовые закрылки
- щелевые закрылки
- закрылки Фаулера (наиболее эффективный и наиболее широко применяемый в гражданской авиации вид закрылок)
Каким образом функционируют все вышеперечисленные закрылки показано на схеме. Простой закрылок, как видно из схемы, просто отклоняемая вниз задняя кромка крыла. Таким образом, кривизна крыла увеличивается, однако область низкого давления над крылом уменьшается, потому простые закрылки менее эффективны, чем щитовые, верхняя кромка которых не отклоняется и область низкого давления не теряет в размерах.
Щелевой закрылок получил свое название по причине образуемой им щели после отклонения. Эта щель позволяет проходить воздушной струе к области низкого давления и направлена она таким образом, чтобы предотвращать срыв потока (процесс, во время которого величина подъемной силы резко падает), придавая ему дополнительную энергию.
Закрылок Фоулера выдвигается назад и вниз, чем увеличивает и площадь и кривизну крыла. Как правило, он сконструирован таким образом, чтобы при его выдвижении еще и создавалась щель, или две, или даже три. Соответственно он выполняет свою функцию наиболее эффективно и может давать прирост в подъемной силе до 100%.
Предкрылки. Основные функции.
Предкрылки – отклоняемые поверхности на передней кромке крыла. По своему строению и функциям они схожи с закрылками Фаулера – отклоняются вперед и вниз, увеличивая кривизну и немного площадь, образуют щель, для прохода воздушного потока к верхней кромке крыла, чем способствуют увеличению подъемной силы. Предкрылки, просто отклоняемые вниз, которые не создают щели называются отклоняемыми носками и только увеличивают кривизну крыла.
Спойлеры и их задачи.
Спойлеры. Перед рассмотрением спойлеров, следует заметить, что при создании дополнительной подъемной силы всеми вышеперечисленными устройствами создается дополнительное лобовое сопротивление, что ведет к понижению скорости. Но это происходит как следствие повышения подъемной силы, в то время как задача спойлеров – конкретно значительное повышение лобового сопротивления и прижимание самолета к земле после касания. Соответственно это единственное устройство механизации крыла, которое находится на верхней его поверхности и отклоняется вверх, чем и создается прижимная сила.
Анатомическое строение скелета птицы обусловлено эволюционными изменениями, которые оно претерпело в течение миллионов лет. Предки птиц, рептилии и ящеры, не умели летать. В освоении воздушного пространства им помогла перестройка строения костей, а также смена чешуи на оперение. Птичий скелет уникален, поскольку ему нет аналогов в животном мире. Из этой статьи вы узнаете все о его структуре, особенностях и свойствах.
Эволюционные преобразования
Когда предки современных птиц устремились в небо, их структура тела и скелета постепенно подстроилась под новый образ жизни. В частности, мышцы увеличились, а масса тела снизилась. Кости внутри они стали полыми или ячеистыми, что придало им легкости. Изогнутые пластины костной ткани увеличили прочность.
Скелет пернатых состоит из следующих элементов:
- черепа и клюва;
- позвоночника;
- ребер, киля и грудины;
- костей пояса передних конечностей;
- костей передних конечностей;
- костей пояса задних конечностей;
- костей задних конечностей.
В отличие от древних рептилий и ящеров, зубы у птиц отсутствуют за ненадобностью. На смену им пришел клюв. А вместо чешуи на поверхности кожи появились перья, о которых можно прочесть в статье «Виды и строение перьев птицы».
Между внутренними органами птиц находятся воздушные мешочки. Они отвечают за работу дыхательной системы, создавая комфорт во время полета.
Структура птичьего черепа
Костная ткань черепа имеет монолитную структуру. Сросшиеся кости делают его прочным, что крайне важно, поскольку птица часто работает клювом: добывает пищу из коры деревьев, разбивает орехи. Череп и первый позвонок шеи тоже срослись.
Птицы имеют большие глазницы. Размер настолько внушителен, что глазная зона потеснила мозговую коробку.
Клюв состоит из надклювья (верху) и подклювья (внизу). Его структура – это роговое вещество. Надклювье подвижно, поскольку прикреплено к мозговой коробке по принципу шарнира.
Слуховые отверстия располагаются под глазницами в нижнем краю.
О структуре костей грудной клетки
Позвонки в зоне груди и ребер защищают сердечную мышцу и птичьи легкие. У быстро летающих пернатых имеется грудина больших размеров, которая вследствие эволюционных преобразований разрослась в киль. К ней крепятся основные летательные мышцы. Птицы, относящиеся к нелетающим, киля не имеют.
Плечевой пояс объединяет три косточки, образующие своеобразный треножник. Одна из трех ножек называется «воронья кость» — она упирается непосредственно в грудину. Другая, лопатка, располагается в области ребер. А третья срослась с ключицей, что образовало присущую для всех птиц «вилочку».
Лопатка с вороньей костью на месте скрепления образуют впадину. В этой области осуществляется поворот головки плечевой кости.
О строении крыльев
В строении крыльев птицы есть что-то общее со структурой рук человека. Речь идет о плечевой кости, а точнее об ее верхней части в области конечностей. В локтевом суставе она срослась с костями предплечья.
Вообще, большинство элементов кисти пернатых срослись между собой. Некоторые из них утратились вследствие эволюционных процессов. В этом и состоит главное анатомическое отличие крыльев и человеческих рук. А также в том, что птичье запястье состоит всего из двух основных костей и четырех фаланговых — пальцев.
https://youtu.be/n-3BJUqAx6A
Вес крыла пернатых намного меньше, чем масса конечностей других позвоночных с аналогичными габаритами. Причины тому – меньшее число элементов, отсутствие мышечной ткани и полая структура костей.
Роль мышц играют сухожилия и хорошо развитые мускулы грудины.
Внутри плечевой косточки крыла у пернатых находится воздушный мешочек.
В структуре тела птиц присутствуют 175 скелетных поперечных мышц. Их система парная, большинство из них расположено симметрично справа и слева. Контроль за мышцами сознательный, поэтому их сокращение произвольное.
Грудная и надкоракидная мышцы – это основные элементы мышечной системы пернатых. Первая больше второй, обе начинаются в зоне грудины. У кур, индеек и других одомашненных птиц такие мышцы именуются «белым мясом». Остальные относят к «черному».
Функция грудной мышцы: обеспечение движения птицы прямо и вверх за счет подтягивания крыла вниз. Что касается надкоракоидной мышцы, эта часть системы выполняет обратную функцию — оттягивает крыло вверх в противоположном направлении относительно грудной мышцы.
Гладкая мускулатура состоит из мышечных групп, расположенных в области мочеполовой, сосудистой, дыхательной и пищеварительной системах. Находятся они и в глазной зоне, обеспечивая птице фокусировку. Они функционируют непроизвольно, то есть без сознательного контроля.
Строение лап
Ноги в пернатом мире есть только у страуса. Конечности остальных птичек именуются лапами, так как они выполняют дополнительные функции: хватательную, держательную и другие.
Все птицы имеют по две лапы. Их строение характеризуется наличием бедренной кости, голени, коленного сустава и пальцев.
Малая и большая берцовые косточки у пернатых срослись, образовав тибиотарзус. После сращивания от малой берцовой косточки остался лишь небольшой выступающий рудимент, прилегающий к тибиотарзусу.
Стопы птиц
Стопа пернатых находится в голеностопном суставе. Она состоит из одной косточки, пальцев. А также цевки, которая образовалась от срастания элементов плюсны и нижних предплюсневых костей.
Птичьи стопы выглядят по-разному. Такое многообразие обусловлено различными условиями и образом жизни птиц. Важно и то, какой пище они отдают предпочтение.
У хищных охотников сильные когтистые лапы, служащие им орудием, с помощью которого они разрывают своих жертв. Пернатые, живущие на ветвях, имеют изящные лапки с длинными когтями и гибкими пальцами. Водоплавающих птиц природа наградила лапами с перепонками, помогающими хорошо держаться на воде.
Большинство пернатых имеют по четыре пальца, три из которых направлены вперед, а четвертый располагается сзади. Они ступают по земле исключительно пальцами и опираются пяткой. Цевка в процессе ходьбы не участвует.
Оставляйте свои комментарии к этой статье. Если она вам понравилась, делитесь информацией с друзьями в социальных сетях.
В общем случае крыло самолёта состоит из центропланной части, консолей (левой и правой) и механизации крыла . Также крыло можно разделить на две части, левое и правое полукрыло. Часто встречается термин «крылья», но он ошибочен по отношению к моноплану .
Принцип действия
Дым показывает движение воздуха, обусловленное взаимодействием крыла с воздухом.
Подъемная сила крыла создается за счет разницы давлений воздуха на нижнюю и верхнюю поверхность. Давление же воздуха зависит от скорости протекания воздуха. На нижней поверхности крыла скорость протекания воздуха оказывается ниже, чем на верхней, поэтому подъемная сила крыла направлена снизу вверх.
Одним из популярных объяснений принципа действия крыла является ударная модель Ньютона: частицы воздуха, сталкиваясь с нижней поверхностью крыла, стоящего под углом к потоку, упруго отскакивают вниз («скос потока»), согласно третьему закону Ньютона толкая крыло вверх. Данная модель учитывает закон сохранения импульса, но полностью игнорирует обтекание верхней поверхности крыла, вследствие чего она даёт заниженную величину подъёмной силы.
В другой популярной модели возникновение подъёмной силы объясняется разностью давлений на верхней и нижней сторонах профиля, возникающей согласно закону Бернулли . Обычно рассматривается крыло с плоско-выпуклым профилем : нижняя поверхность плоская, верхняя - выпуклая. Набегающий поток разделяется крылом на две части - верхнюю и нижнюю, - при этом вследствие выпуклости крыла верхняя часть потока должна пройти больший путь, нежели нижняя. Для обеспечения неразрывности потока скорость воздуха над крылом должна быть больше, чем под ним, из чего следует, что давление на верхней стороне профиля крыла ниже, чем на нижней; этой разностью давлений обуславливается подъёмная сила. Однако данная модель не объясняет возникновение подъёмной силы на двояковыпуклых симметричных или на вогнуто-выпуклых профилях, когда потоки сверху и снизу проходят одинаковое расстояние.
Для устранения этих недостатков Н. Е. Жуковский ввёл понятие циркуляции скорости потока ; в 1904 году им была сформулирована теорема Жуковского . Циркуляция скорости позволяет учесть скос потока и получать значительно более точные результаты при расчётах.
Также в приведённых объяснениях не раскрывается детальный механизм передачи энергии от крыла к потоку, то есть совершения работы самим крылом. Хотя верхняя часть воздушного потока действительно имеет повышенную скорость, геометрическая длина пути не имеет к этому отношения - это вызвано взаимодействием слоёв неподвижного и подвижного воздуха и верхней поверхности крыла. Поток воздуха, следующий вдоль верхней поверхности крыла, «прилипает» к ней и старается следовать вдоль этой поверхности даже после точки перегиба профиля - эффект Коанды . Благодаря поступательному движению крыло совершает работу по разгону этой части потока.
В реальности обтекание крыла является очень сложным трёхмерным нелинейным и зачастую нестационарным процессом. Подъёмная сила крыла зависит от его площади, профиля, формы в плане, а также от угла атаки , скорости и плотности потока, числа Маха и от целого ряда других факторов.
Форма крыла
Одна из основных проблем при конструировании новых самолётов - выбор оптимальной формы крыла и его параметров (геометрических, аэродинамических, прочностных и т. п.).
Прямое крыло
Крыло с наплывом (оживальное)
Вариация стреловидного крыла . Действия крыла оживальной формы можно описать как спиральный поток вихрей, срывающихся с острой передней кромки большой стреловидности в околофюзеляжной части крыла. Вихревая пленка вызывает также образование обширных областей низкого давления и увеличивает энергию пограничного слоя воздуха, увеличивая тем самым коэффициент подъёмной силы. Маневренность ограничивается прежде всего статической и динамической прочностью конструкционных материалов, а также аэродинамическими характеристиками самолёта.
Сверхкритическое крыло
Интересный пример модификации стреловидного крыла . Использование уплощённых профилей с изогнутой задней частью позволяет равномерно распределить давление вдоль хорды профиля и тем самым приводит к смещению центра давления назад, а также увеличивает критическое число Маха на 10-15 %.
Обратной стреловидности
Треугольное крыло
Трапециевидное крыло
ПреимуществаЭллиптическое крыло
ПреимуществаЭллиптическое крыло имеет наибольшее аэродинамическое качество среди всех известных типов крыла.
Толщина крыла
Крыло также характеризуется относительной толщиной (соотношение толщины к ширине), у корня и на концах, выраженной в процентах.
Толстое крыло
Толстое крыло позволяет отодвинуть момент срыва в штопор (сваливание), и лётчик может маневрировать с бо́льшими углами и перегрузкой. Главное - этот срыв на таком крыле развивается постепенно, сохраняя плавное обтекание потока на большей части крыла. При этом, лётчик получает возможность распознать опасность по возникающей тряске аэроплана и вовремя принять меры. Самолёт же с тонким крылом резко и внезапно теряет подъёмную силу почти на всей площади крыла, не оставляя пилоту шансов.
Механизация крыла
- 2 - концевой элерон
- 3 - корневой элерон
- 4 - обтекатели механизма привода закрылков
- 7 - корневой трехщелевой закрылок
- 8 - внешний трехщелевой закрылок
- 10 - интерцептор/спойлер
Складывающееся крыло
Конструктивно-силовые схемы крыла
По конструктивно-силовой схеме крылья делятся на ферменные, лонжеронные, кессонные.
Ферменное крыло
Конструкция такого крыла включает пространственную ферму, воспринимающую силовые факторы, нервюры и обшивку, передающую аэродинамическую нагрузку на нервюры. Не следует путать ферменную конструктивно-силовую схему крыла с лонжеронной конструкцией, включающей лонжероны и (или) нервюры ферменной конструкции. В настоящее время крылья ферменной конструкции практически не применяются.
Лонжеронное крыло
Лонжеронное крыло включает один или несколько продольных силовых элементов - лонжеронов , которые воспринимают изгибающий момент . Помимо лонжеронов, в таком крыле могут присутствовать продольные стенки. Они отличаются от лонжеронов почти полным отсутствием поясов. Остальные силовые элементы (нервюры , панели обшивки с стрингерным набором) крепятся к лонжеронам. Лонжероны передают нагрузку на шпангоуты фюзеляжа самолета с помощью моментных узлов.
Кессонное крыло
Кессонное крыло воспринимает все основные силовые факторы с помощью кессона, включающего лонжероны и силовые панели обшивки. В пределе лонжероны вырождаются до стенок, а изгибающий момент полностью воспринимается панелями обшивки. В таком случае конструкцию называют моноблочной . Силовые панели включают обшивку и подкрепляющий набор в виде стрингеров или гофра. Подкрепляющий набор служит для обеспечения отсутствия потери устойчивости обшивки от сжатия и работает на растяжение-сжатие вместе с обшивкой. Кессонная конструкция крыла требует наличия центроплана , к которому крепятся консоли крыла. Консоли крыла стыкуются с центропланом при помощи контурного стыка, обеспечивающего передачу силовых факторов по всей ширине панели.
История исследования
Первые теоретические исследования и важные результаты были проведены на рубеже XIX-XX веков русскими учёными Н. Жуковским , С. Чаплыгиным и немецким М. Куттой .
Среди полученных ими результатов можно отметить.
Когда птицы обрели способность летать, их строение претерпело заметные изменения по сравнению с тем, которое было свойственно их предкам – рептилиям. Чтобы вес тела животного был по возможности уменьшен, часть органов стала более компактными, тогда как другие был и вовсе утрачены. Что же касается чешуек, то на их место пришли перья.
Те из тяжелых структур, которые имели жизненно важное значение, были перемещены ближе к центру тела, чтобы улучшить его балансировку. Кроме этого, регулируемость, скорость и эффективность всех физиологических процессов заметно повысилась, что обеспечило ту мощность полета, которая требовалась животному.
Скелет птиц
Для птичьего скелета характеры уникальные жесткость и легкость. Облегчение скелета было достигнуто благодаря тому, что ряд элементов был редуцирован (в первую очередь в конечностях птиц), а также благодаря тому, что внутри некоторых костей появились воздухоносные полости. Жесткость же была обеспечена срастанием ряда структур.
В целях удобства описания, скелет птиц делят на скелет конечностей осевой скелет. Последний включает в себя грудину, ребра, позвоночник и череп, а второй состоит из дуговидных плечевого и тазового пояса c костями прикрепленных к ним задних и передних сводных конечностей.
Строение черепа у птиц
Для птичьего черепа характерны глазницы огромного размера. Их размер настолько велик, что прилегающая к ним сзади мозговая коробка как бы потеснена глазницами назад.
Очень сильно выступающие вперед кости образуют не имеющую зубов верхнюю и нижнюю челюсти, которые соответствуют надклювью и подклювью. Под нижним краем глазниц и почти вплотную к ним расположены ушные отверстия. В отличие от верхней части челюсти у людей, птичья верхняя челюсть подвижна, благодаря тому, что имеет особое, шарнирное прикрепление к мозговой коробке.
Позвоночник птиц состоит из множества мелких косточек, именуемых позвонками, которые располагаются один за другим, начиная от основания черепа до окончания хвоста. Шейные позвонки обособленны, очень подвижны и их как минимум вдвое больше, чем у большинства млекопитающих, включая людей. Благодаря этому птицы могут очень сильно наклонять голову и поворачивать ее практически в любом направлении.
Позвонки грудного отдела сочленяются с ребрами и в большинстве случаев прочно сращены друг с другом. В тазовой области позвонки слиты в одну длинную кость, называемую сложным крестцом. Для таких птиц характерна необычайно жесткая спина. Оставшиеся, хвостовые позвонки достаточно подвижны, кроме нескольких последних, слитых в единую кость называемую пигостилем. По своей форме они напоминают лемех плуга и являются скелетной опорой для имеющих большую длину рулевых хвостовых перьев.
Грудная клетка у птиц
Сердце и легкие птицы снаружи защищены и окружены ребрами и грудными позвонками. Быстролетающим птицам присуща чрезвычайно широкая грудина, разросшаяся в киль. Это обеспечивает эффективное прикрепление главных летательных мышц. В большинстве случаев, чем больше у птицы киль, тем сильнее у нее полет. У птиц, которые совершенно не летают, киль отсутствует.
Связывающий крылья с остевым скелетом плечевой пояс с каждой стороны образован тремя костями, которые расположены наподобие треножника. Одна ножка этой конструкции (воронья кость – коракоид) упирается в грудину птицы, вторая кость, являющаяся лопаткой, лежит на ребрах животного, а третья (ключица) сливается с противоположной ключицей в единую кость называемую «вилочка». Лопатка и коракоид в том месте, где они сходятся, образуют суставную впадину, в которой и поворачивается головка плечевой кости.
Строение крыльев у птиц
В общем, кости птичьих крыльев те же, что и кости человеческой руки. Точно так же как и у людей, единственной костью верхнего отдела конечностей является плечевая кость, которая сочленяется в локтевом суставе с двумя костями (локтевой и лучевой) предплечья. Ниже начинается кисть, многие элементы которой, в отличие от их человеческих аналогов, слиты между собой или же вовсе утрачены. В итоге остаются только две кости запястья, одна пряжка (пястно-запястная кость крупного размера) и четыре фаланговых кости, которые соответствуют трем пальцам.
Птичье крыло намного легче, чем конечность любого другого наземного позвоночного, сходного по размерам с птицей. И это объясняется не только тем, что птичья кисть включает в себя меньше элементов. Причина еще и в том, что длинные кости предплечья и плеча птицы являются пустотелыми.
Причем в плечевой кости находится специфический воздушный мешок, который относится к дыхательной системе. Дополнительное облегчение крылу придает то, что крупные мышцы в нем отсутствуют. Вместо мышц главные движения крыльев контролируются с помощью сухожилий очень развитой мускулатуры грудины.
Отходящие от кисти летательные перья называются первостепенными (большими) маховыми перьями, а те которые прикреплены в районе локтевых костей предплечья, называются второстепенными (малыми) маховыми перьями. Помимо этого разливается еще три пера крыла, которые прикреплены к первому пальцу, а также кроющие перья, которые гладко, наподобие черепицы, налегают на основания маховых перьев.
Что касается тазового пояса птиц, то с каждой стороны тела он состоит из трех костей, слитых между собой. Это подвздошная, лобковая и седалищная кости, причем подвздошная кость сращена со сложным по своей структуре крестцом. Такая сложная конструкция защищает почки снаружи, одновременно обеспечивая прочную связь ног с плечевым скелетом. Там, где три кости относящиеся к тазовому поясу сходятся друг с другом, находится значительная по своей глубине вертлужная впадина. В ней вращается головка бедренной кости.
Устройство ног у птиц
Как и у людей, бедренная кость птиц является стержнем верхнего отдела нижних конечностей. В коленном суставе к этой кости причленяется голень. Но если у людей в состав голени входит малая и большая берцовые кости, то у птиц они сращены между собой, а также с одной косточкой предплюсны или с несколькими. Вместе этот элемент называется тибиотарзус. Что же касается малой берцовой кости, то от нее остался заметен только коротенький тонкий рудимент, который прилегает к тибиотарзусу.
Устройство стоп у птиц
Во внутрипредплюсневом (голеностопном) суставе, к тибиотарзусу причленяется стопа, которая состоит из одной длинной кости, костей пальцев и цевки. Последняя образована элементами плюсны, которые сращены между собой, а также несколькими предплюсневыми нижними косточками.
Большинство птиц имеет четыре пальца, каждый из которых причленен к цевке и заканчивается когтем. Первый палец у птиц обращен назад. Остальные пальцы в большинстве случаев направлены вперед. Отдельные виды имеют обращенный назад (как и первый) второй или же четвертый палец. Следует отметить, что у стрижей первый палец, направлен, как и остальные пальцы, вперед, тогда как у скопы он может поворачиваться в обе стороны. Цевка у птиц на землю не опирается, и они ходят только на пальцах, не опираясь на грунт пяткой.
Мышечная система у птиц
Ноги крылья и прочие часть тела птицы, приводятся в движение с помощью примерно 175 различных скелетных попречнополосатых мышц. Эти мышцы еще называют произвольными, поскольку их сокращения могут контролироваться сознанием и, соответственно, они могут быть произвольными. Как правило, эти мышцы парные, расположенные симметрично на правой и левой стороне тела.
Основными мышцами обеспечивающими полет являются грудная мышца и надкоракоидная. И та и другая мышца начинаются на грудине. Наиболее крупная мышца – грудная. Она тянет крыло вниз обусловливая самым движение птицы в воздухе вверх и вперед. А надкоракоидная мышца поднимает крыло вверх, в противоположном работе грудной мышцы направлении, подготавливая его к очередному взмаху. Надо сказать, что у индейки и домашней курицы, эти две мышцы считаются «белым мясом», тогда как остальные мышцы относятся к «темному мясу».
Кроме скелетной произвольной мускулатуры, птицы имеют, как и прочие позвоночные, гладкую мускулатуру, которая слоями залегает в стенках органов мочеполовой, пищеварительной, сосудистой и дыхательной систем. Кроме этого гладкие мышцы есть и в коже. Именно ими обусловлены движения перьев. Есть гладкая мускулатура и в глазах: благодаря ей обеспечивается фокусировка изображения на сетчатке. Такую мускулатуру в противоположность поперечно-полосчатой именуют непроизвольной мускулатурой, поскольку она работает без волевого контроля.
Нервная система у птиц
Центральная нервная система птиц состоит из спинного и головного мозга, образованных множеством нейронов нервных клеток.
Наиболее заметной частью головного мозга у птиц являются большие полушария, которые представляют собой центр, в котором происходит высшая нервная деятельность. Поверхность этих полушарий не имеет ни извилин, ни борозд, типичных для многих млекопитающих, а ее площадь достаточно мала, что совпадает с относительно низко развитым интеллектом основной массы птиц. Внутри больших полушарий размещаются центры координации тех форм активности, которые связаны с инстинктом, включая инстинкты кормежки и пения.
Особый интерес представляет птичий мозжечок, который находиться сразу за большими полушариями, и покрыт извилинами и бороздами. Его большой размер и строение, соответствуют тем сложным задачам, которые связаны с сохранением в воздухе равновесия и координацией множества движений необходимых для полета.
Сердечно-сосудистая система у птиц
По отношению к размерам тела, сердце у птиц, заметно крупнее чем у млекопитающих того же размера. При этом замечено, что чем мельче конкретный вид птиц, тем более крупным будет его сердце (разумеется, относительно размеров ее тела). К примеру, у колибри масса сердца составляет 2,75% от массы всего тела. Это необходимо, чтобы все многолетающие птицы могли обеспечить быструю циркуляцию крови. То же самое относится и к тем видам пернатых, которые обитают на больших высотах или в холодных областях. И, так же как и у млекопитающих животных, у птиц сердце четырехкамерное.
Частота сердечных сокращений находится в зависимости от размеров сердца и самого животного, а также от степени нагрузки. К примеру, частота сердечных сокращений у отдыхающего страуса составляет около 70 уд/мин, тогда как у колибри во время полета она поднимается до 615 уд/мин. При этом, чрезмерный испуг может испугать птицу настолько, что повысившееся давление может привести к тому, что артерии лопаются и птица умирает.
Так же как и млекопитающие, птицы являются теплокровными животными, При этом, диапазон нормальных температур их тел, у них выше, чем у людей и колеблется в диапазоне от 37,7 до 43,5 градусов. Как правило, птичья кровь содержит больше эритроцитов, чем у основной массы млекопитающих. Благодаря этому птичья кровь может перенести больше кислорода за единицу времени, что очень важно для полета.
Дыхательная система у птиц
Почти у всех птиц ноздри ведут в находящиеся у основания клюва носовые полости. Но есть и исключения: олуши, бакланы и некоторые другие виды пернатых не имеют ноздрей и поэтому вынуждены дышать через рот. Попавший в нос или рот воздух перемещается в гортань, за которой начинается трахея.
В отличие от млекопитающих, гортань птиц звуков не производит, будучи лишь клапанным аппаратом, который защищает нижние дыхательные пути от того, чтобы в них попадала вода и пища.
Ближе к легким трахея разделяется на два бронха, которые входят по одному в каждое легкое. В той точке, где они разделяются, располагается нижняя гортань, которая и служит птице голосовым аппаратом. Образована она окостеневшими расширенными костями трахеи и бронхов, а также внутренними перепонками. К оным прикрепляются пары специальных певчих мышц. Когда выдыхаемый из легких воздух проходит через нижнюю гортань, он приводит к вибрации перепонок, что и производит звуки. У тех птиц, для которых характерен широкий диапазон издаваемых тонов, имеется больше напрягающих голосовые перепонки певчих мышц, чем у тех видов, которые поют откровенно плохо.
Каждый бронх разделяется при входе в легкие на тонкие трубочки. Стенки этих трубочек пронизаны кровеносными капиллярами, которые получают кислород из воздуха и отдают обратно в него углекислый газ. Эти трубочки направляются в тонкостенные воздушные мешки, напоминающие не пронизанные капиллярами мыльные пузыри. Находятся эти мешки за пределами легких – в районе таза, плеч, шеи, вокруг пищеварительных органов и нижней гортани и даже приникают в крупные кости крыльев и ног.
Когда птица делает вдох, воздух через трубочки попадает в эти самые мешки, а при выдохе он из мешков идет по трубочкам через легкие, где снова происходит газообмен. Благодаря такому двойному дыханию, снабжение организма кислородом увеличивается, что создает более благоприятные условия для полета.
Кроме этого воздушные мешки увлажняют воздух, а также регулируют температуру тела. Это достигается за счет того, что в результате испарения и излучения, окружающие ткани могут терять тепло. В итоге птицы обретают способность, словно потеть изнутри, что является достойной компенсацией отсутствия у птиц потовых желез. Кроме того, воздушные мешки способствуют удалению из организма излишней жидкости.
Устройство пищеварительной системы у птиц
В целом можно сказать, что пищеварительная система птиц представляет собой простирающуюся от клюва вплоть до отверстия клоаки полую трубку. Эта трубка выполняет сразу множество функций, принимая в себя корм, выделяя соки с ферментами, которые расщепляют пищу, всасывает вещества, а также выводит наружу не переварившиеся остатки пищи. Однако, несмотря на то, что у всех птиц строение пищеварительной системы, как и ее функции, одинаковы, в некоторых деталях имеются различия, которые связаны с кормовыми повадками, а также с рационом конкретной группы пернатых.
Процесс пищеварения начинается с попадания пищи в рот. Основная масса птиц обладает слюнными железами, которые выделяют смачивающую корм слюну, с него и начинается переваривание пищи. У некоторых птиц, например у стрижеобразных, слюнные железы секретируют липкую жидкость, которая используется для строительства гнезд.
Функции и форма языка, впрочем как и клюва птицы, зависят от того какой образ жизни ведет тот или иной вид птиц. Язык может использоваться как для держания корма во рту, так и для манипуляций с ним в ротовой полости, а также для определения вкуса пищи и ее ощупывания.
Колибри и дятлы, обладают очень длинным языком, который они могут высовывать далеко за пределы своего клюва. У отдельных дятлов на конце языка имеются направленные назад зазубрины, благодаря которым птица может вытащить на поверхность находящихся в коре насекомых и их личинок. А вот у язык, как правило, на конце раздвоен и свернут в трубочку, что помогает высасывать нектар из цветков.
Фазановых, тетеревиных и индеек, а также у некоторых других птиц, часть пищевода постоянно расширена (ее называют зобом) и используется для накопления пищи. У многих птиц пищевод является достаточно растяжимым и может в течение некоторого времени вмещать в себя значительное количество пищи еще до того как она поступит в желудок.
Желудок у птиц делится на железистую и мускульную («пупок») часть. Железистая часть секретирует, расщепляющий пищу на пригодные для последующего всасывания вещества, желудочный сок. Мускульная часть желудка характеризуется толстыми стенками и твердыми внутренними гребнями, размалывающими пищу, которая получена из железистого желудка, что выполняет компенсирующую функцию для этих не имеющих зубов животных. Особенно толстыми мышечные стенки являются у тех птиц, которые питаются семенами и прочими твердыми кормами. Поскольку часть попавшего в желудок корма может быть непереваренной (например, твердые части насекомых, волосы, перья, части костей и пр.) то у многих хищных птиц в «пупке» образуются округлые плоские погадки, которые время от времени отрыгиваются.
Продолжается пищеварительный тракт тонкой кишкой, которая следует сразу же за желудком. Именно там происходит окончательное переваривание пищи. Толстая кишка у птиц, представляет собой ведущую в клоаку толстую прямую трубку. Кроме нее в клоаку открываются еще и протоки мочеполовой системы. В результате в клоаку попадают как фекальные массы, так и сперма, яйца и моча. И все эти продукты покидают тело птицы через это одно отверстие.
Мочеполовая система у птиц
Мочеполовой комплекс состоит из выделительной и репродуктивной систем, которые очень тесно между собой связаны. Выделительная система функционирует беспрерывно, тогда как вторая активизируется только в определенное время года.
Выделительная система состоит из ряда органов, среди которых, в первую очередь, следует назвать две почки, которые извлекают из крови отходы жизнедеятельности и образуют мочу. Мочевого пузыря у птиц нет, поэтому моча через мочеточники поступает прямо в клоаку, где основная масса воды снова всасывается в организм. Оставшийся после этого похожий на кашу белый остаток, вместе с поступившими из толстой кишки фекалиями темного цвета выбрасывается наружу.
Репродуктивная система у птиц
Эта система состоит из половых желез (гонад) и трубок, которые отходят от них. Мужские гонады представлены парой семенников, в которых формируются гаметы (мужские половые клетки) – сперматозоиды. Форма у семенников либо эллиптическая, либо овальная, при этом левый семенник, как правило, крупнее правого. Семенники находится в полости тела рядом с передним концом каждой почки. С приближением брачного сезона гормоны гипофиза, за счет своего стимулирующего действия, увеличивают семенники в несколько сотен раз. По тонкому и извилистому, семявыносящему протоку сперматозоиды из каждого семенника попадают в семенной пузырек. Именно там они и накапливаются, сохраняясь до копуляции и происходящего в этот момент семяизвержения. При этом они попадают в клоаку и выходят наружу через ее отверстие.
Яичники (женские гонады) образуют яйцеклетки (женские гаметы). Основная масса имеет только один (левый) яичник. Яйцеклетка, если сравнивать ее с микроскопическим сперматозоидом имеет огромный размер. В плане массы, ее основную часть составляет желток, который является питательным материалом для, начавшего развиваться после оплодотворения, зародыша. Яйцеклетка из яичника попадает в яйцевод, мышцы которого проталкивают яйцеклетку мимо всевозможных железистых областей находящихся в стенах яйцевода. С их помощью желток окружается белком, находящимися под скорлупой оболочками и состоящей по большей части из кальция скорлупой. В конце добавляются пигменты, окрашивающие скорлупу в тот или иной цвет. На то, чтобы яйцеклетка развилась готовое к откладке яйцо, требуется около суток.
Для птиц характерно внутреннее оплодотворение. Во время копуляции сперматозоиды попадают в клоаку самки и затем перемещаются вверх по яйцеводу. Женская и мужская гаметы (то есть, собственно оплодотворение) происходит в верхнем конце яйцевода еще до того, как яйцеклетка будет покрыта белком, подскорлуповыми оболочками и скорлупой.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .
К сожалению, я ненашел ни одной статьи по аэродинамики "для моделиста". Ни на форумах, ни в дневниках, ни в блогах- ни где нет нужной "выжимки" по этой теме. А вопросов возникает море, особенно у новичков, да и те, кто считает себя "уже не новичком", зачастую не утруждают себя изучением теории. Но мы это исправим!)))
Сразу скажу, сильно углубляться в эту тему не буду, иначе это получится, как минимум научный труд, с кучкой непонятных формул! И тем более я не стану пугать вас такими терминами, как "число Рейнольдса"- кому будет интересно- можете почитать на досуге.
Итак, договорились- только самое нужное для нас- моделистов.)))
Силы, действующие на самолет в полете.
В полете самолет подвергается влиянию многих сил, обусловленных наличием воздуха, но все их можно представить в виде четырех главных сил: силы тяжести, подъемной силы, силы тяги винта и силы сопротивления воздуха (лобовое сопротивление). Сила тяжести остается всегда постоянной, если не считать уменьшения ее по мере расхода горючего. Подъемная сила противодействует весу самолета и может быть больше или меньше веса, в зависимости от количества энергии, затрачиваемой на движение вперед. Силе тяги винта противодействует сила сопротивления воздуха (иначе лобовое сопротивление).
При прямолинейном и горизонтальном полете эти силы взаимно уравновешиваются: сила тяги винта равна силе сопротивления воздуха, подъемная сила равна весу самолета. Ни при каком ином соотношении этих четырех основных сил прямолинейный и горизонтальный полет невозможен.
Любое изменение любой из этих сил повлияет на характер полета самолета. Если бы подъемная сила, создаваемая крыльями, увеличилась по сравнению с силой тяжести, результатом оказался бы подъем самолета вверх. Наоборот, уменьшение подъемной силы против силы тяжести вызвало бы снижение самолета, т. е. потерю высоты.
Если равновесие сил не будет соблюдаться, то самолет будет искривлять траекторию полета в сторону преобладающей силы.
Про крыло.
Размах крыла - расстояние между плоскостями, параллельными плоскости симметрии крыла, и касающимися его крайних точек. Р. к. это важная геометрическая характеристика летательного аппарата, оказывающяя влияние на его аэродинамические и лётно-технические характеристики, а также является одним из основных габаритных размеров летательного аппарата.
Удлинение крыла - отношение размаха крыла к его средней аэродинамической хорде. Для непрямоугольного крыла удлинение = (квадрат размаха)/площадь. Это можно понять, если за основу возьмём прямоугольное крыло, формула будет проще: удлинение = размах/хорду. Т.е. если крылоимеет размах 10 метров а хорда = 1 метр, то удлинение будет = 10.
Чем больше удлинение- тем меньше индуктивное сопротивление крыла, связанное с перетеканием воздуха с нижней поверхности крыла на верхнюю через законцовку с образованием концевых вихрей. В первом приближении можно считать, что характерный размер такого вихря равен хорде- и с ростом размаха вихрь становится всё меньше и меньше по сравнению с размахом крыла. Естественно, чем меньше индуктивное сопротивление- тем меньше и общее сопротивление системы, тем выше аэродинамическое качество. Естественно, у конструкторов возникает соблазн сделать удлинение как можно больше. И тут начинаются проблемы: наряду с применением высоких удлинений конструкторам приходится увеличивать прочность и жёсткость крыла, что влечет за собой непропорциональное увеличение массы крыла.
С точки зрения аэродинамики наиболее выгодным будет такое крыло, которое обладает способностью создавать возможно большую подъемную силу при возможно меньшем лобовом сопротивлении. Для оценки аэродинамического совершенства крыла вводится понятие аэродинамического качества крыла.
Аэродинамическим качеством крыла называется отношение подъемной силы к силе лобового сопротивления крыла.
Наилучшей в аэродинамическом отношении является эллипсовидная форма, но такое крыло сложно в производстве, поэтому редко применяется. Прямоугольное крыло менее выгодно с точки зрения аэродинамики, но значительно проще в изготовлении. Трапециевидное крыло по аэродинамическим характеристикам лучше прямоугольного, но несколько сложнее в изготовлении.
Стреловидные и треугольные в плане крылья в аэродинамическом отношении на дозвуковых скоростях уступают трапециевидным и прямоугольным, но на околозвуковых и сверхзвуковых имеют значительные преимущества. Поэтому такие крылья применяются на самолетах, летающих на околозвуковых и сверхзвуковых скоростях.
Крыло эллиптической формы в плане обладает самым высоким аэродинамическим качеством- минимально возможным сопротивлением при максимальной подъемной силе. К сожалению, крыло такой формы применяется не часто из-за сложности конструкции, низкой технологичности и плохих срывных характеристик. Однако сопротивление на больших углах атаки крыльев другой формы в плане всегда оценивается по отношению к эллиптическому крылу. Наилучший пример применения крыла такого вида- английский истребитель "Спитфайер".
Крыло прямоугольной формы в плане имеет самое высокое сопротивление на больших углах атаки. Однако такое крыло, как правило, имеет простую конструкцию, технологично и имеет очень неплохие срывные характеристики.
Крыло трапецеидальной формы в плане по величине воздушного сопротивления приближается к эллиптическому. Широко применялось в конструкциях серийных самолетов. Технологичность ниже, чем у прямоугольного крыла. Получение приемлемых срывных характеристик также требует некоторых конструкторских ухищрений. Однако крыло трапецеидальной формы и правильной конструкции обеспечивает минимальную массу крыла при прочих равных условиях. Истребители Bf-109 ранних серий имели трапецевидное крыло с прямыми законцовками:
Крыло комбинированной формы в плане. Как правило, форма такого крыла в плане образуется несколькими трапециями. Эффективное проектирование такого крыла предполагает проведение многочисленных продувок, выигрыш в характеристиках составляет несколько процентов по сравнению с трапецеидальным крылом.
Стреловидность крыла — угол отклонения крыла от нормали к оси симметрии самолёта, в проекции на базовую плоскость самолета. При этом положительным считается направление к хвосту.Существует стреловидность по передней кромке крыла, по задней кромке и по линии четверти хорд.
Крыло обратной стреловидности (КОС) — крыло с отрицательной стреловидностью.
Преимущества:
Улучшается управляемость на малых полётных скоростях.
-Повышает аэродинамическую эффективность во всех областях лётных режимов.
-Компоновка с крылом обратной стреловидности оптимизирует распределения давления на крыло и переднее горизонтальное оперение
Недостатки:
-КОС особо подвержено аэродинамической дивергенции (потере статической устойчивости) при достижении определённых значений скорости и углов атаки.
-Требует конструкционных материалов и технологий, обеспечивающих достаточную жёсткость конструкции.
Су-47 "Беркут" с обратной стреловидностью:
Чехословацкий планер LET L-13 с обратной стреловидностью крыла:
По-простому, чем меньше нагрузка, тем меньшая скорость требуется для полета, следовательно тем меньше требуется мощности двигателя.
Средней аэродинамической хордой крыла (САХ) называется хорда такого прямоугольного крыла, которое имеет одинаковые с данным крылом площадь, величину полной аэродинамической силы и положение центра давления (ЦД) при равных углах атаки. Или проще- Хорда — отрезок прямой, соединяющей две наиболее удаленные друг от друга точки профиля.
Величина и координаты САХ для каждого самолета определяются в процессе проектирования и указываются в техническом описании.
Если величина и положение САХ данного самолета неизвестны, то их можно определить.
Для крыла, прямоугольного в плане, САХ равна хорде крыла.
Для трапециевидного крыла САХ определяется путем геометрического построения. Для этого крыло самолета вычерчивается в плане (и в определенном масштабе). На продолжении корневой хорды откладывается отрезок, равный по величине концевой хорде, а на продолжении концевой хорды (вперед) откладывается отрезок, равный корневой хорде. Концы отрезков соединяют прямой линией. Затем проводят среднюю линию крыла, соединяя прямой середины корневой и концевой хорд. Через точку пересечения этих двух линий и пройдет средняя аэродинамическая хорда (САХ).
Форма крыла в поперечном сечении называется профилем крыла
. Профиль крыла оказывает сильнейшее влияние на все аэродинамические характеристики крыла на всех режимах полёта. Соответственно, подбор профиля крыла - важная и ответственная задача. Впрочем, в наше время подбором профиля крыла из существующих занимаются только самодельщики.
Профиль крыла - это одна из основных составляющих, формирующих летательный аппарат и самолет в частности, так как крыло все же его неотъемлемая часть. Совокупность некоторого количества профилей составляют целое крыло, причем по всему размаху крыла они могут быть разные. А от того, какие они будут, зависит назначение самолета и то, как он будет летать. Типов профилей достаточно много, но форма их принципиально всегда каплевидна. Этакая сильно вытянутая горизонтальная капля. Однако капля эта обычно далека от совершенства, потому что кривизна верхней и нижней поверхностей у разных типов разная, как впрочем и толщина самого профиля. Классика - это когда низ близок к плоскости, а верх выпуклый по определенному закону. Это так называемый несимметричный профиль, но есть и симметричные, когда верх и низ имеют одинаковую кривизну.
Разработка аэродинамических профилей проводилась практически с начала истории авиации, проводится она и сейчас.Делается это в специализированных учреждениях. Ярчайшим представителем такого рода учреждений в России является ЦАГИ - Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского. А в США - такие функции выполняет Исследовательский центр в Лэнгли (подразделение NASA).
THE END?
Продолжение следует.....
