Fosílie pterosaurů jasně ukazují, že tato stvoření měla dvojici křídel - z nichž každé bylo v rozšířené formě kožená membrána napnutá mezi kosterním „bičem“přední hrany křídla a těla. Soudě podle množství těchto fosilií nebyli pterosaury chybou přírody: použili svá křídla k zamýšlenému účelu a věděli, jak nejen plánovat, ale také ovládat techniku letu s aktivním tahem.
Zdálo by se, že pterosauři by mohli vytvořit aktivní tah na stejném principu, jaký používají netopýři a ptáci. Jmenovitě: během mávání křídla dochází k tryskovému tahu v důsledku toho, že vzduch je hozen zpět ohebnými zadními částmi křídel, které se pasivně ohýbají vzhůru, když křídla mizí, a naopak. Pomocí tohoto mávání letů je však na zvířeti hmotnostní limit. Pro udržení stále větší hmotnosti ve vzduchu vyžaduje - při stejné rychlosti letu - stále větší oblast křídla as nárůstem v této oblasti se zvyšují odporové síly k máváním pohybů, aby se překonalo, které další a silnější svaly jsou zapotřebí, tj. Opět vše větší váha … Ukazuje se začarovaný kruh. Dnes, největší létající ptáci jsou kondor, dosahovat váhy jen 15 kg (zatímco oni táhnou berany každý 40 kg). Ale pterosauři výrazně převyšovali kondora ve velikosti a hmotnosti křídla! Létající ještěrky patřily … obři - například pteranodon, objevený v roce 1975 během vykopávek v národním parku Big Bend v Texasu (USA): rozpětí křídel dosáhlo 15,5 m. Toto je jedno z nejúžasnějších tvorů, jaké kdy žily Země. Jeho křídla jsou čtyřikrát (nebo více) delší než křídla albatrosů, kondorů a dalších moderních letečních zvířat. Pod takovými křídly byla jako malý motor zavěšena ve srovnání s jejich trupem. Někteří vědci se domnívají, že pteranodon nemohl ani křídly mávat! “5 m. Toto je jedno z nejúžasnějších tvorů, které kdy žily na Zemi. Jeho křídla jsou čtyřikrát (nebo více) delší než křídla albatrosů, kondorů a dalších moderních letečních zvířat. Pod takovými křídly byla jako malý motor zavěšena ve srovnání s jejich trupem. Někteří vědci se domnívají, že pteranodon nemohl ani křídly mávat! “5 m. Toto je jedno z nejúžasnějších tvorů, které kdy žily na Zemi. Jeho křídla jsou čtyřikrát (nebo více) delší než křídla albatrosů, kondorů a dalších moderních letečních zvířat. Pod takovými křídly byla jako malý motor zavěšena ve srovnání s jejich trupem. Někteří vědci se domnívají, že pteranodon nemohl ani křídly mávat! “
Ve skutečnosti nebyl pteranodon fyzicky schopen křídla chvět jako pták. Koneckonců neměl žádné analogy ptačího prsního svalu ani ptačí kýlu, ke kterému jsou připevněny šlachy těchto svalů. To znamená, že prostě neměl co křídla mávat jako pták. Ale nemohl uvést křídla do pohybu jiným způsobem?
Výzkumník pterosaurů K. Gumerov upozorňuje na disproporci v anatomii: poměrně silný krk a velká hlava. Pokud by pterosaur natáhl krk dopředu - jak se to děje za letu, například u hus -, jeho centrování by bylo daleko před první třetinou křídla, takže by pterosaur spadl do skoku. Aby se zajistilo vycentrování vodorovného letu, musel by pterosaur ohýbat krk zpět labulovým způsobem tak, aby jeho hlava byla přibližně nad první třetinou jeho křídla. K. Gumerov věří, že křídel křídla byla způsobena kyvadlovými pohyby těžké hlavy na mohutném krku. Jak se ale zlomil výše uvedený začarovaný kruh?
Vidíme však teoretickou možnost nějakého zisku v práci mávání křídla během horizontálního letu, pokud by byly uvedeny do pohybu vibracemi těžké hlavy svaly ohnutého krku. Pokud jsou masy srovnatelné, za prvé, hlava plus krk a zadruhé tělo plus křídla, cervikální svaly by „klábosily“nejen hlavu, ale také tělo: když by se ve vztahu ke středu hmoty pohybovala hlava nahoru, tělo by se posunula dolů a naopak. Základny křídel by tak byly udělovány oscilačním pohybem nahoru a dolů - což by bylo zdrojem jejich pohybů, tj. fungovala by metoda „buzení kmitů desky skrz hrbol pevného konce“. Současně by pohyby křídla nebyly v přísném slova smyslu houpavé, protože zde by se základna a konec křídla pohybovaly v protifáze - a protoněkde uprostřed délky křídla by byla uzlová linie s nulovou amplitudou vibrací.
Takový způsob oscilace křídel pterosauru - s přítomností uzlové linie - by podle našeho názoru umožnil poněkud větší velikosti křídla a letovou hmotnost než u ptáků. Síla odporu k chvějícímu se pohybu je přímo úměrná ploše křídla a čtverci rychlosti chvění. V křídle ptáka klesá amplituda nulové vibrace na spojení křídla s tělem, zatímco v křídle pterosauru padá na střed křídla. Proto by se při stejném úhlovém rozpětí a frekvenci pohybů křídla průměrná rychlost houpání křídla pterosaura rovnala polovině rychlosti ptačího křídla stejné délky. Potom se stejnými koeficienty dynamické odolnosti vůči chlopním a stejnými poměry délky k šířce křídla by křídlo pterosauru zažilo stejný odpor vůči chlopním jako ptačí křídlo, které by bylo o 1/4 delší než je.»1,41 krát (jen něco!) V tomto případě by se plochy křídel pterosauru a ptáka považovaly za čtverce jejich délek, tj. křídlo pterosaura by bylo dvakrát tak velké. V souladu s tím by při stejných letových rychlostech a stejných aerodynamických koeficientech odporu měla křídla pterosauru dvojnásobnou zvedací sílu, což by mu umožnilo udržet ve vzduchu dvakrát větší hmotnost. Ale i s těmito idealizovanými předpoklady není problém letu pterosaurů zdaleka vyřešen. Kromě toho, jak je vidět na reprodukci fosilie pterodaktylu - obr. 1, z veřejně dostupného webového zdroje - pro nárazy hlavy na zadní straně krku je tento krk příliš dlouhý - vzhledem k dlouhé délce krčních obratlů.
Obr. 1.
Takže pterodaktyly nemohly křídly křídla chovat jako pták nebo skrz otáčení těla kvůli zpětnému rázu při bouchání hlavy. Co mohli udělat? Skutečně vlastnili techniku aktivního letu, při kterém neotřásali křídly? Analýza na obr. 1 vám umožní odpovědět na tuto otázku kladně!
Propagační video:
Podívali jsme se na řadu reprodukcí fosilií pterosaurů - výše uvedená je nejlepší z nich v tom smyslu, že prakticky neexistuje žádné poškození nebo přemísťování kostí ve vztahu k sobě navzájem. Proto jsme vycházeli z předpokladu, že tato fosilie reprodukuje anatomicky normální polohu kosterních kostí v pterodaktylu se složenými křídly. Zde, stejně jako na jiných fotografiích, je jedna „zvláštnost“nápadná, a to přítomnost „extra“kloubu v křídle. Opravdu, po jednom humeru je předkolo se dvěma kostmi a pak … další segment se dvěma kostmi téměř stejné délky jako předloktí. Kromě toho samotný humerus je tak nepřirozeně krátký a uveden do takové polohy v ramenním kloubu, že závěr naznačuje sám sebe: nepřekročil tělo, a proto byla připojena přední část křídlové membrány,od předloktí. Právě tato anatomie umožnila, podle našeho názoru, implementovat metodu vytváření tahu s nataženými křídly s webovými křídly, která zarážela svou jednoduchostí a účinností.
Vskutku věnujme pozornost dvojici klíčníků spojených ve formě písmene V. Při horizontální poloze těla se tato dvojice klíční kosti odklonila od ramenních kloubů dozadu a dolů a humerusových kostí - dozadu a nahoru. Nyní si představte, že pterodaktyl měl svaly mezi humerem a odpovídajícími klíčními kostmi. Kontrakce těchto svalů přitáhla humerus a klíční kost dohromady. Současně se klíční kosti opíraly o hrudník, a proto se kosti humerus v kloubech trochu otočily, takže jejich ulnární konce klesly dolů. Kontrakce klíční-brachiální svaly tak strhla kořenové části předních okrajů natažených křídel; když se tyto svaly uvolnily, došlo k pasivnímu návratu do výchozí polohy humeru a podle toho náběžné hrany křídel. Sotva lze pochybovatže periodická kontrakce kloubních-brachiálních svalů způsobila kmitání náběžných hran křídel - což generovalo vlnu v membráně, která se pohybovala k zadní hraně. Tato vlna nesla s sebou určité množství vzduchu a vrhla ji zpět - což vyvolalo proud trysky.
Následující rozdíl ve struktuře jeho křídel a křídel netopýra také svědčí ve prospěch právě takového letového pohonu pterodaktylu. Membránová křídla netopýra mají kostry vyztužující žebra tvořená vysoce protáhlými prsty prstů. Je zřejmé, že taková žebra ztuhlosti brání cestování pohybující se vlny v membráně - a netopýři čistí vzduch pryč jako pták. V křídle bez těchto výztužných žeber jsou ideální podmínky pro pohyb pohybující se vlny - s požadovaným napnutím popruhu.
Postava: 2.
Mimochodem, bylo by velmi problematické poskytnout potřebné napětí membrány, pokud by v letové poloze křídla byly kosti jeho přední hrany nataženy téměř podél linie - jak se obvykle předpokládá. Na základě obrázku 1 jsou představeny letové konfigurace kostry, schematicky znázorněné na obrázku 2. Křídla byla potřebná pro pterodaktyly nikoli proto, aby je ohromila rozsahem moderních průzkumníků, ale aby mohla létat. A právě klenuté přední hrany křídel, které byly posunuty dopředu, podle našeho názoru umožnily vyřešit několik technických problémů najednou. Nejprve bylo snadné zajistit po celé ploše křídla požadované popruhové napětí - se schopností jej upravit. Za druhé, byl vytvořen poměr mezi délkou a šířkou křídla, blízký optimálnímu pro generování pohyblivé vlny. Zatřetí byl problém se zarovnáním elegantně vyřešen:Stačilo, aby pterodaktyl zvedl krk a trochu posunul hlavu dozadu a projekce těžiště byla na první třetině křídla. Jednáme znovu s důmyslným technickým řešením!
Nyní provedeme některé základní odhady parametrů křídel pohybujících se vln. Nechť poměr charakteristické délky křídla l k jeho charakteristické šířce d je 2,5, nechť plocha křídla je S = 0,8 × ld. Frekvence kmitání f náběžné hrany pterodaktylového křídla nemohla překročit několik hertzů. Nechte jednu délku vlnné vlny zapadnout do charakteristické šířky křídla d, pak je její rychlost v pohybu podél membrány v = fd. Statický tryskový tah vyvíjený křídlem pohybující se vlny v klidu vzhledem ke vzduchovému médiu je F stat = mv / t, kde m je hmotnost vzduchu vržená zpět v čase t, rovná se d / v. Vzhledem k tzv. přidaná hmotnost vypouštěného vzduchu, budeme předpokládat, že m "r S (d / 5), kde r je hustota vzduchu, a tedy F stat " (1/5) r Sv 2… Jak uvidíme níže, tento statický tah je příliš nízký a létání na něm je nerealistické. Dynamický tah F dyn křídla pohybující se vlny se však nesnižuje, protože jeho rychlost ve vzduchu roste - stejně jako u vozidel poháněných vrtulemi -, ale naopak se zpočátku zvyšuje. To je způsobeno skutečností, že přicházející vzduch vytváří uspořádané vírové trubice v konkávnostech membrány, jak je schematicky znázorněno na obr. 3.
Postava: 3.
Na rozdíl od pojmů klasické aerodynamiky - která tvrdí, že tvorba vírů, například když se tok odděluje od křídla, je škodlivým účinkem, protože se zvyšuje aerodynamický odpor a klesá zdvihací síla - příznivým účinkem je vytváření vírových trubic v konkávnostech křídla pohybující se vlny. Vzduchový vír má mnohem větší inertnost a pružnost než stejná hmota vířícího vzduchu, a proto je „odpuzování“z vírů mnohem účinnější. Při nízkých rychlostech křídla s pohyblivými vlnami dochází k následujícímu: čím vyšší je rychlost, tím jsou vytvářeny silnější víry, a tím větší dynamický tah. Když se však letová rychlost a rychlost vln v pohybují v, dynamický tah je zjevně roven nule. Proto existuje určitá optimální (cestovní) rychlost letu,při kterém je dynamický tah maximální. Budeme předpokládat, že cestovní rychlost je Vcr = 0,75v, a že při cestovní rychlosti Fdin = 3Fstat. K odhadu letové hmotnosti, kterou jsou křídla pohyblivé vlny schopné nést, potřebujeme také odhad relativního snížení volného klouzání. Při volném plánování je hmotnost zařízení vyvážena zdvihací silou a aerodynamický odpor je vyvážen tažnou silou, která je prováděna gravitační silou při spouštění zařízení. Pro tuto gravitační práci lze napsat zjednodušený výraz MgDh = MVDV, kde M je hmotnost vozidla, g je zrychlení gravitace, h je výška letu a V je rychlost letu. Pak tažná síla kvůli gravitační síle s volným plánováním jea to při cestovní rychlosti Fdin = 3Fstat. K odhadu letové hmotnosti, kterou jsou křídla pohyblivé vlny schopné nést, potřebujeme také odhad relativního snížení volného klouzání. Při volném plánování je hmotnost zařízení vyvážena zdvihací silou a aerodynamický odpor je vyvážen tažnou silou, která je prováděna gravitační silou při spouštění zařízení. Pro tuto gravitační práci lze napsat zjednodušený výraz MgDh = MVDV, kde M je hmotnost vozidla, g je zrychlení gravitace, h je výška letu a V je rychlost letu. Pak tažná síla kvůli gravitační síle s volným plánováním jea to při cestovní rychlosti Fdin = 3Fstat. K odhadu letové hmotnosti, kterou jsou křídla pohyblivé vlny schopné nést, potřebujeme také odhad relativního snížení volného klouzání. Při volném plánování je hmotnost zařízení vyvážena zdvihací silou a aerodynamický odpor je vyvážen tažnou silou, která je prováděna gravitační silou při spouštění zařízení. Pro tuto gravitační práci lze napsat zjednodušený výraz MgDh = MVDV, kde M je hmotnost vozidla, g je zrychlení gravitace, h je výška letu a V je rychlost letu. Pak tažná síla kvůli gravitační síle s volným plánováním jepři volném plánování je hmotnost zařízení vyvážena zdvihací silou a aerodynamický odpor je vyvážen tažnou silou, která je prováděna gravitační silou, když je zařízení spuštěno. Pro tuto gravitační práci lze napsat zjednodušený výraz MgDh = MVDV, kde M je hmotnost vozidla, g je zrychlení gravitace, h je výška letu a V je rychlost letu. Pak tažná síla kvůli gravitační síle s volným plánováním jepři volném plánování je hmotnost zařízení vyvážena zdvihovou silou a aerodynamický odpor je vyvážen tažnou silou, která se provádí gravitační silou, když je zařízení spuštěno. Pro tuto gravitační práci lze napsat zjednodušený výraz MgDh = MVDV, kde M je hmotnost vozidla, g je zrychlení gravitace, h je výška letu a V je rychlost letu. Pak tažná síla kvůli gravitační síle s volným plánováním je
kde V vert je rychlost klesání; při V vert << V je poměr (V / V vert) přibližně roven hodnotě aerodynamické kvality. Udělejme odhady pro případ relativního sestupu 1:10 s volným klouzáním při cestovní rychlosti. Současně, jak vyplývá z výše uvedeného, dynamický tah F din by poskytoval horizontální let (bez spouštění!) Pterodaktylu s hmotností 10 F din; let s stoupáním 1:10 by byl zajištěn pro hmotnost 9 F din… Výsledné odhady jsou uvedeny v tabulce, rozměry křídla byly brány jako počáteční parametr. Jak vidíte, počínaje délkou křídla 2,5 m je poměr mezi velikostí křídla a hmotností realistický pro aktivní let stvoření na křídlech cestovní vlny.
| Délka křídla, m | Celá plocha křídla, m 2 | Frekvence oscilace, Hz | Rychlost pojezdové vlny, m / s | Cestovní rychlost letu, m / s | Dynamický tah, kg | Hmotnost pro stoupání 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 |
Zdá se, že získané údaje neodpovídají technickým parametrům ultralehkých letadel. Ve skutečnosti, v případě mrtvých křídel závěsných kluzáků a kluzáků, se stejnými letovými hmotnostmi a stejnými oblastmi křídla, jsou vyžadovány letové rychlosti, které jsou několikrát vyšší než ty, které jsme získali. Nezapomeňte však, že křídla cestovní vlny fungují v řádně vířícím vzduchu - nejenže se od něj odtlačují, ale také se o něj opírají. Z toho důvodu je zdvihací síla křídel pohybujících se vln odpovídajícím způsobem vyšší. Pokud je toto zvýšení výtahu popsáno faktorem rovným třem - jako je zvýšení dynamického tahu, viz výše - pak by naše odhady byly docela rozumné … pokud ne pro jednu další okolnost.
Nezapomeňte: kondor s vlastní hmotností 15 kg je schopen nést další zatížení 40 kg ve vzduchu. V zásadě mohl kondor létat s vlastní hmotností 50 kg. Ale takový let by vyžadoval maximální námahu sil. Bytost, která by se neustále musela napínat, by zřejmě byla mimo svůj prvek. Není to k ničemu, že kondor má, jak vidíme, téměř trojnásobnou „bezpečnost“! Takže: naše odhady jsou získány pro technické omezující letové podmínky. Tyto režimy jsou teoreticky možné - ale v praxi potřebovali pterodaktylové nějaký „trik“, který by jim umožnil letět za jejich limity.
Viděli jsme takový „trik“poté, co jsme si všimli, že pterodaktyly nemají kormidlo, ani výtahy, ani křidélka! Jak zvládli svůj let? Aby se otočil, mohl pterodaktyl uvolnit napětí na membráně na křídle na straně, na kterou se musel otočit. Tento pohyb by snížil tah a vztlak křídla. Asymetrie tahu křídla by způsobila zatáčku a aby se kompenzovala asymetrie zvedacích sil křídel, mohla by pterodaktyla otočit hlavu ve směru opačném k zatáčce. Co se týče výtahu, při nízkých rychlostech by to bylo stále neúčinné, proto by podle našeho názoru mohlo být řízení sklonu zajištěno pouze v malém rozsahu odchylek letového vektoru od vodorovné roviny - centrování se posuny hlavy směrem dozadu nebo dopředu. Jak můžete vidětpříležitosti pro akrobacii v pterodaktylu byly více než skromné. Pokud by pterodaktyl, který získal nadmořskou výšku, naklonil poryv větru, nemohl by se již vrátit k horizontálnímu letu!
Vyvstává otázka: Proč museli pterodaktylové získat nadmořskou výšku, pokud to pro ně bylo smrtelně nebezpečné? Let v extrémně nízké nadmořské výšce je oprávněný pouze ve velkých otevřených prostorech s rovnou vodorovnou plochou. Závěr naznačuje, že pterodaktyly byly přizpůsobeny k letu v extrémně nízké nadmořské výšce nad hladinou moře! A pak „fokus“, který takový let usnadnil, byl pravděpodobně pozemním efektem, kvůli použití kterého létají ekranoplanes - optimální výška letu je v tomto případě asi polovina charakteristické šířky křídla. Proto pterodaktyly nepotřebovaly křidélka: zesílení vzduchu mezi křídly a vodní hladinou automaticky vyřešilo poruchy válců, včetně otáčení (viz výše). Zdá se, že pterodaktylové lovili ryby a další obyvatele moře,popadnout oběť z přiblížení zubatými zobáky - „potápění“do vody z výšky metru bylo technicky bezpečné. A vzlétnout z vody - rychlostí 2 - 3 metry za sekundu - neměl být problém. Pterodaktyl by mohl takovou vzletovou rychlost vyzvednout vypuštěním tekoucí vlny se sníženou amplitudou podél svých křídel natažených na vodě - aniž by tlačil pryč ze vzduchu, ale z vody (porovnejte: šestimetrová mečoun, vysílající tekoucí vlnu svým tělem, pohybuje se ve vodě při rychlosti až 120 km / h). Výsledkem je úžasný obraz plíživého letu pterodaktylu - velmi nízký a velmi pomalý, na křídlech pohybující se vlny, jejíž účinnost se díky efektu obrazovky zvyšuje. Takový let je z technického hlediska vzácným mistrovským dílem!A vzlétnout z vody - rychlostí 2 - 3 metry za sekundu - neměl být problém. Pterodaktyl by mohl takovou vzletovou rychlost vyzvednout vypuštěním tekoucí vlny se sníženou amplitudou podél svých křídel natažených na vodě - aniž by tlačil pryč ze vzduchu, ale z vody (porovnejte: šestimetrová mečoun, vysílající tekoucí vlnu svým tělem, pohybuje se ve vodě při rychlosti až 120 km / h). Výsledkem je úžasný obraz plíživého letu pterodaktylu - velmi nízký a velmi pomalý, na křídlech pohybující se vlny, jejíž účinnost se díky efektu obrazovky zvyšuje. Takový let je z technického hlediska vzácným mistrovským dílem!A vzlétnout z vody - rychlostí 2 - 3 metry za sekundu - neměl být problém. Pterodaktyl by mohl takovou vzletovou rychlost vyzvednout vypuštěním tekoucí vlny se sníženou amplitudou podél svých křídel natažených na vodě - aniž by tlačil pryč ze vzduchu, ale z vody (porovnejte: šestimetrová mečoun, vysílající tekoucí vlnu svým tělem, pohybuje se ve vodě při rychlosti až 120 km / h). Výsledkem je úžasný obraz plíživého letu pterodaktylu - velmi nízký a velmi pomalý, na křídlech pohybující se vlny, jejíž účinnost se díky efektu obrazovky zvyšuje. Takový let je z technického hlediska vzácným mistrovským dílem!na křídlech natažených na vodě - zatímco se odtlačuje ne ze vzduchu, ale z vody (porovnat: šestimetrový mečoun, vysílající tekoucí vlnu přes své tělo, pohybuje se ve vodě rychlostí až 120 km / h). Výsledkem je úžasný obraz plíživého letu pterodaktylu - velmi nízký a velmi pomalý, na křídlech pohybující se vlny, jejíž účinnost se díky efektu obrazovky zvyšuje. Takový let je z technického hlediska vzácným mistrovským dílem!na křídlech natažených na vodě - zatímco se odtlačuje ne ze vzduchu, ale z vody (porovnat: šestimetrový mečoun, vysílající tekoucí vlnu přes své tělo, pohybuje se ve vodě rychlostí až 120 km / h). Výsledkem je úžasný obraz plíživého letu pterodaktylu - velmi nízký a velmi pomalý, na křídlech pohybující se vlny, jejíž účinnost se díky efektu obrazovky zvyšuje. Takový let je z technického hlediska vzácným mistrovským dílem!Takový let je z technického hlediska vzácným mistrovským dílem!Takový let je z technického hlediska vzácným mistrovským dílem!
A navzdory velmi úzké letové specializaci pterodaktylu existuje nepopiratelná výhoda: ve srovnání s křídly ptáků jsou křídla pohyblivé vlny schopna udržet ve vzduchu mnohem větší váhu a dokonce i mnohem menší poměr hmotnosti letových svalů k celkové tělesné hmotnosti. Vyjádříme naději, že bude možné vytvořit letadlo, ve kterém bude let založen na výše popsaných principech - a který bude schopen nést značné užitečné zatížení.
Autor je velmi vděčný K. Gumerově za stanovení problému, za adresy informačních zdrojů a za užitečnou diskusi.
Autor: A. A. Grishaev, nezávislý výzkumný pracovník