Поведінка колібрі в повітрі складніше, ніж вважалося
Загадки поведінки колібрі в повітрі багато в чому складніше навіть такий наріжною проблеми буття, як гіпотетичний політ птерозавра. І справа не тільки в тому, що найменші птахи примудряються безупинно пурхати по 16 годин на добу при масі від 2 до 20 г, а й як самого польоту.
червоногорлий колібрі масою 2-6 г здатний без посадки (і підживлення, бо над морем) подолати 800 км, витрачаючи не надто велику частину своєї ваги. Ні про що подібне не може мріяти жоден апарат схожих розмірів, зроблений людськими руками. Крім того, при зовнішньої «орнітоптерно-літакової» аеродинаміці колібрі можуть зависати над метою - як вертоліт - і навіть літати догори ногами (короткий час), назад і вбік (як завгодно довго), одночасно обертаючись навколо власної осі. Ось, подивіться:
Сучасні сверхманёвренние винищувачі різко відстають від них за цими параметрами, так і конвертоплани дуже далекі від подібних талантів. І разом з тим ті ж самі пташки літають зі швидкістю 400 власних корпусів в секунду (до 100 км / ч). Це (в одиницях власної довжини) більше того, що видає реактивний винищувач на форсажі або шаттл при спуску з космосу на вході в атмосферу.
Примітно, що ці пташки здатні зависати на місці при різному становищі хвоста: і тоді, коли він дивиться майже вниз, і коли майже перпендикулярний землі, як при звичайному польоті. (Тут і нижче фото Wikimedia Commons.)
Природно, все це займає вчених. У 2005 році спроби зрозуміти, як колібрі зависає на місці, не маючи, здається, до цього ніяких аеродинамічних передумов, привели до дуже важливого висновку: крила пташки при зависанні діють на манер вертолітного гвинта, створюючи вихор, що підтримує перната в повітрі. Крім того, при кожному ході крила вперед-назад воно змінювало свою конфігурацію на «перевернуту», створюючи підйомну силу при русі як вперед, так і назад (відео вище з 3:30). Щоб з`ясувати все це, дослідники використовували хмарка забарвлених частинок, які підкидалися в повітрі поруч з колібрі, і потім стежили, яку форму вони приймуть поруч з ширяє літуном. Подібну методику колись застосовували для вивчення обтікання повітрям окремих елементів літаків.
На жаль, тоді ця технологія не дозволила прояснити ситуацію до кінця. Вчені з Каліфорнійського університету в Ріверсайді (США), ведені Дугласом Альтшулер (Douglas Altshuler), використовували злегка вдосконалений її варіант: вони знімали камерою, що робить по 1 000 кадрів в секунду, як помахи крил колібрі (перевантаження до 10g) впливали на форму парів сухого льоду (твердої вуглекислоти). Ось так і з`ясувалося, що за кожним помахом під і над крилами створюються два вихору, які плавно перетікають одна в одну навколо птиці:
А це з іншого ракурсу:
Теоретично два зливаються вихору, закільцьовує навколо птиці, повинні збільшувати її енерговитрати на політ. Однак їх об`єднання в потік, що дозволяє колібрі зависати на одному місці, дає їй найважливіша перевага: пташка може ефективніше маневрувати і в будь-який момент здатна змінити положення тіла. Саме така маневреність і дозволяє колібрі летіти назад (наприклад, при знятті павука з павутини) і вбік (скажімо, при конфліктах з бджолами).
Саме така маневреність і дозволяє колібрі летіти назад і вбік.
Зараз дослідники планують експерименти з живими колібрі в аеродинамічній трубі. Кінцева мета роботи (ви адже здогадалися?) - Створення дронів, особливо мікроБПЛА, з параметрами, близькими до природних прототипам, тобто з належною сверхманёвренностью, суперекономічний і досить значною швидкістю. Такий дрон-розвідник (з габаритами колібрі) варто того, щоб докласти до його створення найсерйозніші зусилля.
