Американцы хотят создать авиалайнер с крыльями-трансформерами

Мы привыкли ассоциировать современные самолеты с чем-то огромным, громоздким, тяжелым. Любой школьник скажет, что крылья самолета не должны деформироваться, взаимодействуя с потоком встречного воздуха. Между тем физики из Браунского университета (США) представили концепцию летательных аппаратов с гибкими крыльями, построенными по принципу, заимст­вованному у летучей мыши, и обладающими массой достоинств. 

В поиске способов повышения аэродинамических свойств самолетов ученые обратили внимание на «первоисточник», с которого когда-то Леонардо да Винчи «срисовывал» прототип летательного аппарата, — летучую мышь. Исследователи выяснили, что сложная и гибкая структура ее крыла гораздо лучше приспосабливается к встречному потоку ветра, минимизируя силу сопротивления. Дело в том, что кости в крыльях летучей мыши в отличие от костей птиц могут гнуться и менять положение крыла по отношению к корпусу животного. 

«Крылья летучей мыши устроены совершенно по-другому, нежели у птиц, — пояснил РБК daily доктор биологических наук, профессор, заведующий кафедрой зоологии позвоночных МГУ Леонид Корзун. — Так, у птиц при подъеме крыла сопротивление воздуха преодолевается благодаря перьям, которые пропускают воздух. При этом за генерирование сил, позволяющих двигаться вперед, отвечают только первичные маховые перья на конце крыла, а за подъемную силу — все крыло. У летучей мыши механизм полета совершенно другой. Сопротивление преодолевается за счет поворотного механизма — за неимением пропускающих воздух перьев она может разворачивать свое крыло наименьшей площадью по направлению к воздушному потоку, прокручивая его в любую сторону. И если у птиц функции частей крыла различны, то у летучих млекопитающих все крыло отвечает одновременно и за движение вперед, и за движение вверх, благодаря чему они могут мгновенно реагировать на внешние обстоятельства и изменять направление и скорость полета». 

В ходе эксперимента руководитель группы Кеннет Брейер изолировал нескольких летучих мышей и в специальной комнате подвергал их различным аэродинамическим воздействиям, неожиданно направляя сильнейшие потоки воздуха с разных сторон. Все действия мышей ученые фиксировали на высокоскоростную видеокамеру. Кроме того, ученые изучали аэродинамический след, образующийся во время взмаха крыльев. Для этого использовались специальные взвешенные в воздухе частицы, перемещение и изменение скорости которых отслеживалось с помощью лазеров и дополнительных камер.

Результаты опытов показали, что движения летучей мыши существенно отличаются от движений, которые выполняют во время полета птицы, что дает ей ряд преимуществ. 

Во-первых, особое строение крыльев, деформирующихся во время полета, в отличие от крыльев птиц и насекомых обеспечивает большую подъемную силу и возможность взлета с малых площадок. Это делает полет летучей мыши эффективным и предотвращает «уход в штопор» на малых скоростях. Во-вторых, эластичность крыла и наличие множества суставных сочленений позволяют летучим мышам совершать движения, на которые не способны другие летающие существа. Например, прижимать крылья близко к телу для уменьшения сопротивления воздуха. 

Проведенные учеными эксперименты и расчеты показали, что внедрение в структуру самолетов гибких элементов будет не только целесообразным, но и выгодным — гибкие крылья не страдают во время турбулентности, а значит, издержки на ремонт и вынужденный простой летательного аппарата исчезают сами собой. Помимо этого гибкие крылья автоматически улучшат качество полета — самолет будет идти мягче, а тряска в зоне турбулентности нивелируется. 

«Самолет с гибкими крыльями не новость, — рассказал РБК daily действительный член Российской академии космонавтики им. К.Э. Циолковского, генеральный директор ОАО «Интеравиагаз», заслуженный создатель космической техники Вячеслав Зайцев. — Еще в 50-х годах советский конструктор Владимир Мясищев создал самолет М4, а затем и его модификацию 3М, концы крыльев которого были сделаны из гибкого сплава алюминия. В эти полые крылья закачивался керосин, и при полете амплитуда их колебаний доходила до 3 м, что значительно повышало аэродинамические качества. Доказательство тому — модель 3М в течение 20 лет использовалась в качестве стратегического бомбардировщика. Однако сегодня этот самолет снят с производства, так как турбореактивные двигатели, на которых он работал, устарели. Гибкие же крылья ничем себя не дискредитировали». 

Опираясь на опыт авиаконструкторов и новые данные, ученые Браунского университета уверены, что их концепция позволит создать целую линию «гибкокрылых» самолетов, которые выведут авиацию на качественно новый уровень.

Екатерина Люльчак