Fossilene til pterosaurene indikerer tydelig at disse skapningene hadde et par vinger - som hver, i utvidet form, var en lærmembran som var strukket mellom skjelett "pisken" i forkanten av vingen og kroppen. Å dømme etter overflod av disse fossilene, var pterosaurer ikke en feil av naturen: De brukte vingene til det tiltenkte formål, og de visste hvordan de ikke bare skulle planlegge, men mestret også teknikken for flyging med aktivt drivkraft.
Det ser ut til at pterosaurer kunne skape et aktivt trykk på samme prinsipp som brukt av flaggermus og fugler. Nemlig: under vingene som klaffer, oppstår jetstreng på grunn av at luften blir kastet tilbake av de fleksible bakre seksjonene av vingene, som passivt bøyer seg oppover når vingene klaffer ned, og omvendt. Imidlertid er det en vektgrense for skapningen ved å bruke denne klaffende flukten. For å holde mer og mer vekt i luften, tar det - med samme flyghastighet - et stadig større vingeareal, og med en økning i dette området øker motstandskreftene mot klaffbevegelser, for å overvinne hvilke flere og kraftigere muskler som kreves, dvs. igjen, alt mer vekt … Det viser seg en ond sirkel. I dag er de største flygende fuglene kondorer, og når bare en vekt på 15 kg (mens de drar 40 kg hver). Men pterosaurene overgikk betydelig kondensatorene i vingestørrelse og vekt! “De flygende øglene tilhørte … giganter - for eksempel pteranodon, som ble funnet i 1975 under utgravninger i Big Bend nasjonalpark i Texas (USA): vingespennet nådde 15,5 m. Dette er en av de mest fantastiske skapningene som noen gang har levd på Jord. Vingene er fire ganger (eller mer) lengre enn albatross-, kondor- og andre moderne luftfardyr. Under slike vinger var, som en liten motor, hengende i forhold til overkroppen. Noen forskere mener at pteranodon ikke en gang kunne klaffe vingene! "5 m. Dette er en av de mest fantastiske skapningene som noen gang har levd på jorden. Vingene er fire ganger (eller mer) lengre enn albatross-, kondor- og andre moderne luftfardyr. Under slike vinger var, som en liten motor, hengende i forhold til overkroppen. Noen forskere mener at pteranodon ikke en gang kunne klaffe vingene! "5 m. Dette er en av de mest fantastiske skapningene som noen gang har levd på jorden. Vingene er fire ganger (eller mer) lengre enn albatross-, kondor- og andre moderne luftfardyr. Under slike vinger var, som en liten motor, hengende i forhold til overkroppen. Noen forskere mener at pteranodon ikke en gang kunne klaffe vingene!"
Faktisk var pteranodonet fysisk ikke i stand til å klaffe vingene som en fugl. Tross alt hadde han ingen analoger av verken fuglens pectoral muskler, eller fuglens kjølbein, som senene til disse musklene er festet til. Det vil si at han rett og slett ikke hadde noe å klaffe vingene som en fugl. Men kunne han ikke ha satt vingene i gang på en annen måte?
Forskeren av pterosaurene K. Gumerov gjør oppmerksom på uforholdsmessigheten i deres anatomi: en ganske kraftig nakke og et stort hode. Hvis pterosauren strakk nakken fremover - som det gjøres i løpet av fly, for eksempel gjess - ville sentreringen være langt foran den første tredjedelen av vingen, så pterosauren skulle falle i et dykk. For å sikre sentrering av horisontal flyging, måtte pterosauren bøye nakken på en svaneaktig måte slik at hodet skulle være omtrent over den første tredelen av vingen. K. Gumerov mener at klaffene på vingene ble gjort på grunn av pendelbevegelsene til et tungt hode på en mektig nakke. Men hvordan brøt den nevnte ondskapsirkelen?
Imidlertid ser vi den teoretiske muligheten for en viss gevinst i arbeidet med å klaffe vinger under horisontal flyging hvis de ble satt i gang gjennom vibrasjonene til et tungt hode av musklene i den bøyde nakken. Hvis massene er sammenlignbare, for det første hodet pluss nakken, og for det andre kroppen pluss vingene, ville livmorhalsmuskulaturen "skravle" ikke bare hodet, men også kroppen: når hodet i forhold til massesenteret beveger seg oppover, ville kroppen ville rykke ned og omvendt. Dermed vil vingebasene bli gitt en svingende bevegelse opp og ned - som ville være kilden til deres bevegelser, d.v.s. metoden for "eksitering av svingninger av platen gjennom bulten i den faste enden" ville fungere. På samme tid ville bevegelsene til vingen ikke være i streng forstand svingende, for her ville basen og enden av vingen bevege seg i antifase - og derforet sted midt i vingelengden ville det være en nodal linje med null vibrasjonsamplitude.
En slik modus for svingning av vingene til en pterosaur - med nærvær av en knutelinje - ville etter vår mening tillate noe større vingestørrelser og flyvekt enn fuglene. Motstandskraften mot klaffebevegelsen er faktisk proporsjonal med vingearealet og kvadratet til klaffhastigheten. I vingen til en fugl faller null vibrasjonsamplitude på vingenes forbindelse til kroppen, mens den i en pterosaur vinge ville falle på midten av vingen. Derfor, med samme vinkelspenn og frekvens av vingebevegelser, ville den gjennomsnittlige svinghastigheten til en pterosaurs vinge være halvparten av en fuglevinge av samme lengde. Da med samme koeffisienter av dynamisk motstand mot klaffer og samme forhold mellom vingelengde og -bredde, ville vingen til en pterosaur oppleve den samme motstanden mot klaffer som en fuglevinge, og være 4 1/4 lengre enn den.»1,41 ganger (bare noe!) I dette tilfellet ville områdene med vingene til en pterosaur og en fugl bli behandlet som firkanter i lengden deres, dvs. en pterosaurs vinge ville være dobbelt så stor. Følgelig, med samme flyhastighet og de samme aerodynamiske dragkoeffisientene, ville vingerne til en pterosaur ha dobbelt så høyt løftekraft, noe som vil tillate den å holde dobbelt så mye vekt i luften. Men selv med disse idealiserte forutsetningene, er problemet med pterosaur-flukt tydeligvis langt fra løst. I tillegg, som det kan sees i reproduksjonen av pterodactyl-fossilet - fig. 1, fra den offentlig tilgjengelige nettressursen - for en hodestump på en bakoverhals, er denne nakken for kort - gitt den lange lengden på livmorhalsen.
Figur 1.
Så, pterodactyls kunne ikke klaffe vingene hverken som en fugl, eller gjennom svingen av kroppen på grunn av rekyl når hodet banket. Hva kunne de gjøre? Hadde de virkelig teknikken for aktiv flyging, der de ikke klaffer vingene sine? Analyse av fig. 1 lar deg svare på dette spørsmålet bekreftende!
Salgsfremmende video:
Vi så på en rekke reproduksjoner av pterosaur-fossiler - den ovennevnte er den beste av dem i den forstand at det praktisk talt ikke er noen skade eller fortrengning av bein i forhold til hverandre. Derfor gikk vi ut fra antagelsen om at dette fossilet reproduserer den anatomisk normale plasseringen av skjelettbenene i et pterodactyl med brettede vinger. Her, som på andre fotografier, er en "merkelighet" slående, nemlig tilstedeværelsen av et "ekstra" ledd i vingen. Faktisk, etter den enkelte humerus er det en tobenet underarm, og så … enda et tobenet segment med nesten samme lengde som underarmen. Dessuten er selve humerusen så unaturlig kort og brakt inn i en slik stilling i skulderleddet at konklusjonen antyder seg selv: den gikk ikke ut over kroppen, og derfor var den fremre delen av vingemembranen festet,starter fra underarmen. Det var denne anatomi som gjorde det mulig etter vår mening å implementere en metode for å skape skyvekraft med utstrakte nettvingevinger, som slår i enkelhet og effektivitet.
La oss faktisk ta hensyn til et par slektbånd som er koblet sammen i form av bokstaven V. Med kroppens horisontale stilling gikk dette paret av klavikene fra skulderleddene bakover og nedover, og humerusbenene - bakover og oppover. Tenk deg at en pterodactyl hadde muskler mellom humerus og tilhørende kragebein. Sammentrekningen av disse musklene trakk humerus og kragebeinet sammen. På samme tid hvilte slevene mot brystet, og derfor vendte humerusbenene seg noe i leddene slik at ulnnsendene deres falt ned. Dermed trakk sammentrekning av clavicle-brachial musklene ned rotdelene av forkantene på de utstrakte vingene; Når disse musklene var avslappet, skjedde en passiv retur til humerusens startposisjon, og følgelig til vingens forkanter. Det kan knapt være noen tvilat den periodiske sammentrekningen av clavicle-brachialmusklene fikk svingene til at forkanten på vingene svingte - noe som genererte en bølge i membranen som gikk til bakkanten. Denne bølgen bar med seg en viss luftmengde og kastet den tilbake - noe som genererte jetkraft.
Følgende forskjell i strukturen til vingene og vingene til en flaggermus vitner også til fordel for nettopp en slik flyvemotor for en pterodactyl. De membranøse vingene til et flaggermus har skjelettstivende ribber dannet av sterkt langstrakte fingerben. Det er tydelig at slike stivhetsribber hindrer bevegelsen av en vandrende bølge i membranen - og flaggermus pusser luften bort som en fugl. I en vinge uten slike avstivende ribber, er forholdene for å reise en bølge som er ideelle - med den nødvendige båndspenningen.
Figur: 2.
For øvrig ville det være veldig problematisk å tilveiebringe den nødvendige spenningen i membranen hvis benene i den fremre kanten i vingens flyposisjon vil bli strukket nesten langs linjen - som vanligvis antas. Basert på figur 1 blir vi presentert for flykonfigurasjonen til skjelettet, skjematisk avbildet i figur 2. Vinger var nødvendig for pterodactyls ikke for å forbløffe dem med omfanget av moderne oppdagelsesreisende, men for å fly. Og bare de buede fremkantene på vingene som ble ført frem gjorde det mulig etter vår mening å løse flere tekniske problemer på en gang. For det første var det enkelt å sørge for den nødvendige vevspenningen over hele vingeområdet - med muligheten til å justere den. For det andre ble det opprettet et forhold mellom vingens lengde og bredde, nær den optimale for å generere en bevegelsesbølge. For det tredje ble justeringsproblemet elegant løst:Det var nok for en pterodactyl å heve nakken og bevege hodet litt tilbake, og projeksjonen av massesenteret ville være på den første tredelen av vingen. Vi har å gjøre med en genial teknisk løsning igjen!
La oss nå lage noen elementære estimater av parametrene til de bevegelige bølgefløyene. La forholdet mellom den karakteristiske vingelengden l og dens karakteristiske bredde d være 2,5, la vingeområdet være S = 0,8 × ld. Svingningsfrekvensen f på forkanten av pterodactyl-vingene kunne ikke overstige flere hertz. La en bevegelig bølgelengde passe på den karakteristiske vingebredden d, så er dens hastighet v for bevegelse langs membranen v = fd. Den statiske jetstrømmen utviklet av en bevegelig bølgefløyte i hvile i forhold til luftmediet er F stat = mv / t, hvor m er luftmassen som kastes tilbake i tid t, lik d / v. Tatt i betraktning det såkalte. den tilsatte massen av utladet luft, vil vi anta at m "r S (d / 5), hvor r er lufttettheten, og dermed F stat " (1/5) r Sv 2… Som vi vil se nedenfor, er dette statiske skyvet for lavt, og å fly på det er urealistisk. Men den dynamiske fremstøt F dyn av vingen av en vandrebølge reduseres ikke i det hele tatt som sin hastighet i luften vokser - som i propelldrevne biler - men tvert imot, først øker. Dette skyldes det faktum at de innkommende luftformene bestilte virvelrør i membranens konkaviteter, som vist skjematisk i fig. 3.
Figur: 3.
I motsetning til forestillingene om klassisk aerodynamikk - som hevder at dannelsen av virvler, for eksempel når strømmen er løsrevet fra vingen, er en skadelig effekt, siden den aerodynamiske motstanden øker og løftekraften avtar - dannelsen av virvelrør i konkavitetene til vingen til en vandrende bølge er en nyttig effekt. En luftvirvel har en mye større treghet og elastisitet enn den samme massen av ikke-virvlende luft, og derfor er "frastøtning" fra virvler mye mer effektiv. Ved lave hastigheter på en bevegelig bølgefløye skjer følgende: jo høyere hastighet, jo kraftigere virvler dannes, og følgelig, desto større er dynamisk skyvkraft. Men når flyhastigheten og kjørebølgehastigheten v er lik, er den dynamiske skyvekraften åpenbart lik null. Derfor er det en viss optimal (cruising) flyhastighet,hvor den dynamiske skyvekraften er maksimal. Vi vil anta at cruisehastigheten er Vcr = 0,75v, og at med cruisehastigheten er Fdin = 3Fstat. For å estimere flyvekten som vingene til en bevegelsesbølge er i stand til å bære, trenger vi også et estimat av den relative nedgangen i fri glidning. Med fri planlegging blir apparatets vekt faktisk balansert av løftekraften, og den aerodynamiske motstanden blir balansert av trekkraften, som utføres av tyngdekraften når apparatet senker seg. For dette tyngdekraften kan et forenklet uttrykk MgDh = MVDV skrives, der M er kjøretøyets masse, g er tyngdekraksis, h er flygehøyden, og V er flyghastigheten. Da er trekkraft på grunn av tyngdekraften med fri planleggingog det i cruisefart Fdin = 3Fstat. For å estimere flyvekten som vingene til en bevegelsesbølge er i stand til å bære, trenger vi også et estimat av den relative nedgangen i fri glidning. Med fri planlegging blir apparatets vekt faktisk balansert av løftekraften, og den aerodynamiske motstanden blir balansert av trekkraften, som utføres av tyngdekraften når apparatet senker seg. For dette tyngdekraften kan et forenklet uttrykk MgDh = MVDV skrives, der M er kjøretøyets masse, g er tyngdekraksis, h er flygehøyden, og V er flyghastigheten. Da er trekkraft på grunn av tyngdekraften med fri planleggingog det i cruisefart Fdin = 3Fstat. For å estimere flyvekten som vingene til en bevegelsesbølge er i stand til å bære, trenger vi også et estimat av den relative nedgangen i fri glidning. Med fri planlegging blir apparatets vekt faktisk balansert av løftekraften, og den aerodynamiske motstanden blir balansert av trekkraften, som utføres av tyngdekraften når apparatet senker seg. For dette tyngdekraften kan et forenklet uttrykk MgDh = MVDV skrives, der M er kjøretøyets masse, g er tyngdekraksis, h er flygehøyden, og V er flyghastigheten. Da er trekkraft på grunn av tyngdekraften med fri planleggingmed fri planlegging blir apparatets vekt balansert av løftekraften, og den aerodynamiske motstanden balansert av trekkraften, som utføres av tyngdekraften når apparatet senkes. For dette tyngdekraften kan et forenklet uttrykk MgDh = MVDV skrives, der M er kjøretøyets masse, g er tyngdekraksis, h er flygehøyden, og V er flyghastigheten. Da er trekkraft på grunn av tyngdekraften med fri planleggingmed fri planlegging blir apparatets vekt balansert av løftekraften, og den aerodynamiske motstanden balansert av trekkraften, som utføres av tyngdekraften når apparatet senkes. For dette tyngdekraften kan et forenklet uttrykk MgDh = MVDV skrives, der M er kjøretøyets masse, g er tyngdekraksis, h er flygehøyden, og V er flyghastigheten. Da er trekkraft på grunn av tyngdekraften med fri planlegging
der V vert er nedstigningshastigheten; ved V vert << V er forholdet (V / V vert) tilnærmet lik verdien av den aerodynamiske kvaliteten. La oss lage estimater for tilfellet med en relativ nedstigning på 1:10 med fri gliding i cruisefart. Samtidig, som følger av det ovennevnte, ville den dynamiske skyvekraften F din tilveiebringe en horisontal flyging (uten å senke!) Av et pterodactyl med en vekt på 10 F din; flyging med en stigning på 1:10 ville være gitt for en vekt på 9 F din… De resulterende estimatene er gitt i tabellen, vingedimensjonene ble tatt som den første parameteren. Som du ser, fra en vingelengde på 2,5 m, blir forholdet mellom vingestørrelse og vekt realistisk for en aktiv flukt av en skapning på vingene til en vandrende bølge.
| Vingelengde, m | Fullfløyeareal, m 2 | Oscillasjonsfrekvens, Hz | Reise bølgehastighet, m / s | Cruisehastighet, m / s | dynamisk skyvekraft, kg | Vekt, for stigning 1:10, kg |
| 2.0 | 2,56 | 2.4 | 1,92 | 1,44 | 0,75 | 6,75 |
| 2.5 | 4,00 | 2.3 | 2,30 | 1,73 | 1,68 | 15.1 |
| 3.0 | 5,76 | 2.2 | 2,64 | 1,98 | 3,21 | 28.9 |
| 3,5 | 7,84 | 2.1 | 2,94 | 2,21 | 5,40 | 48,6 |
| 4.0 | 10.24 | 2.0 | 3,20 | 2,40 | 8,34 | 75,1 |
De oppnådde tallene, synes det, tilsvarer ikke de tekniske parametrene til ultralette fly. Når det gjelder døde vinger av hangglider og paragliders, med de samme flyvektene og de samme vingearealene, er det nødvendig med flyhastigheter som er et par ganger høyere enn de som vi oppnår. Men husk at vingene til en omreisende bølge fungerer i en ordnet virvlende luft - ikke bare skyver du vekk fra den, men også lener deg på den. Derfor er løftekraften til de bevegelige bølgefløyene tilsvarende høyere. Hvis denne økningen i løftet er beskrevet av en faktor lik tre - som økningen i dynamisk skyvekraft, se ovenfor - ville estimatene våre være ganske rimelige … om ikke av en tilfelle til.
La oss huske: kondoren, med sin egen vekt på 15 kg, er i stand til å føre en ekstra belastning på 40 kg i luften. I prinsippet kunne en kondor fly med en egenvekt på 50 kg. Men en slik flukt ville kreve den ytterste anstrengelse av krefter. En skapning som hele tiden måtte anstrenge seg ville åpenbart være ute av elementet. Det er ikke for ingenting at kondoren, som vi kan se, har en nesten tredoblet "sikkerhetsmargin"! Altså: våre estimater er innhentet for tekniske begrensende flyforhold. Disse modusene er teoretisk mulig - men i praksis trengte pterodactyler et "triks" som ville tillate dem å fly ikke på grensen til deres evner.
Vi så et slikt "triks" etter at vi la merke til at pterodactylene verken hadde ror, heller ikke heiser eller luftfarger! Hvordan klarte de flyet? For å gjøre en sving, kunne pterodactyl frigjøre spenningen på membranen på vingen på siden den ble pålagt å vri. Dette trekket ville redusere vingens skyvekraft og løft. Asymmetrien til vingens skyvekraft ville føre til en sving, og for å kompensere for asymmetrien til vingens løftekrefter, kunne pterodactyl snu hodet i motsatt retning av svingen. Når det gjelder heisen, ved lave hastigheter ville den fremdeles være ineffektiv, derfor kan tonehøyde-kontroll, etter vår mening, kun tilveiebringes i et lite område av avvik fra flyvektoren fra det horisontale planet - sentrering skifter gjennom hodeforskyvninger bakover eller fremover. Som du kan semulighetene for aerobatics i pterodactyl var mer enn beskjedne. Hvis et vindpust vippet pterodactylen som fikk høyde, ville den ikke lenger kunne gå tilbake til sin horisontale flyging!
Spørsmålet melder seg: hvorfor hadde pterodactylene behov for å få høyde, hvis det var dødelig farlig for dem? Flyging i ultra-lav høyde er rettferdiggjort bare i store åpne områder med en flat horisontal overflate. Konklusjonen antyder seg selv: pterodactyls ble tilpasset flyging i ekstremt lav høyde over havoverflaten! Og da var sannsynligvis "fokuset" som letter en slik flyging grunneffekten, på grunn av bruken av hvilke ekranoplaner flyr - den optimale flygehøyden i dette tilfellet er omtrent halvparten av den karakteristiske vingebredden. Det var grunnen til at pterodactylene ikke trengte luftvann: tykningen av luften mellom vingene og vannoverflaten utarbeidet automatisk rulleforstyrrelsene, inkludert når du svinger (se over). Angivelig jaktet pterodactyler fisk og andre innbyggere i havet,å gripe byttedyret fra innseilingen med sine tannrike nebber - å "dykke" i vannet fra en meters høyde var teknisk sett helt trygt. Og å ta av fra vannet - med en hastighet på 2-3 meter per sekund - burde ikke vært noe problem. En pterodactyl kunne ta opp en slik starthastighet ved å sette i gang en løpende bølge, med en redusert amplitude, langs vingene som er utstrakt på vannet - mens han skyver av gårde ikke fra luften, men fra vannet (sammenlign: en seks meter sverdfisk, sender en løpende bølge gjennom kroppen, beveger seg i vann med en hastighet på opptil 120 km / t). Som et resultat dukker det opp et fantastisk bilde av den krypende flukten til en pterodactyl - ultra-lav og ultra-langsom, på vingene til en vandrende bølge, hvis effektivitet økes på grunn av skjermeffekten. En slik flytur, fra teknisk synspunkt, er et sjeldent mesterverk!Og å ta av fra vannet - med en hastighet på 2-3 meter per sekund - burde ikke vært noe problem. En pterodactyl kunne ta opp en slik starthastighet ved å sette i gang en løpende bølge, med redusert amplitude, langs vingene som er utstrakt på vannet - mens han skyver av gårde ikke fra luften, men fra vannet (sammenlign: en seks meter sverdfisk, sender en løpende bølge gjennom kroppen, beveger seg i vann med en hastighet på opptil 120 km / t). Som et resultat dukker det opp et fantastisk bilde av den krypende flukten til en pterodactyl - ultra-lav og ultra-langsom, på vingene til en vandrende bølge, hvis effektivitet økes på grunn av skjermeffekten. En slik flytur, fra teknisk synspunkt, er et sjeldent mesterverk!Og å ta av fra vannet - med en hastighet på 2-3 meter per sekund - burde ikke vært noe problem. En pterodactyl kunne ta opp en slik starthastighet ved å sette i gang en løpende bølge, med redusert amplitude, langs vingene som er utstrakt på vannet - mens han skyver av gårde ikke fra luften, men fra vannet (sammenlign: en seks meter sverdfisk, sender en løpende bølge gjennom kroppen, beveger seg i vann med en hastighet på opptil 120 km / t). Som et resultat dukker det opp et fantastisk bilde av den krypende flukten til en pterodactyl - ultra-lav og ultra-langsom, på vingene til en vandrende bølge, hvis effektivitet økes på grunn av skjermeffekten. En slik flytur, fra teknisk synspunkt, er et sjeldent mesterverk!på vingene som er utstrakt på vannet - mens du skyver av gårde ikke fra luften, men fra vannet (sammenlign: en seks meter sverdfisk, sender en rennende bølge gjennom kroppen, beveger seg i vannet med en hastighet på opptil 120 km / t). Som et resultat dukker det opp et fantastisk bilde av den krypende flukten til en pterodactyl - ultra-lav og ultra-langsom, på vingene til en vandrende bølge, hvis effektivitet økes på grunn av skjermeffekten. En slik flytur, fra teknisk synspunkt, er et sjeldent mesterverk!på vingene som er utstrakt på vannet - mens du skyver av gårde ikke fra luften, men fra vannet (sammenlign: en seks meter sverdfisk, sender en rennende bølge gjennom kroppen, beveger seg i vannet med en hastighet på opptil 120 km / t). Som et resultat dukker det opp et fantastisk bilde av den krypende flukten til en pterodactyl - ultra-lav og ultra-langsom, på vingene til en vandrende bølge, hvis effektivitet økes på grunn av skjermeffekten. En slik flytur, fra teknisk synspunkt, er et sjeldent mesterverk!En slik flytur, fra teknisk synspunkt, er et sjeldent mesterverk!En slik flytur, fra teknisk synspunkt, er et sjeldent mesterverk!
Og til tross for den svært smale flyspesialiseringen av pterodactyl, er det en ubestridelig fordel: i sammenligning med fuglevingene er vingene til en vandrende bølge i stand til å holde mye mer vekt i luften, og til og med med et mye mindre forhold mellom massen av flysmuskler og den totale kroppsvekten. La oss uttrykke håp om at det vil være mulig å lage et fly hvor flyturen vil være basert på prinsippene beskrevet over - og som vil kunne bære en betydelig nyttelast.
Forfatteren er K. Gumerov veldig takknemlig for å ha stilt problemet, adressene til informasjonsressursene og for en nyttig diskusjon.
Forfatter: A. A. Grishaev, uavhengig forsker
