Маневренность в полете. Парящий полет

При машущем полете угол поперечного V крыльев птицы постоянно меняется — она может легко контролировать его. Но у большинства самолетов этот угол фиксированный. Чем он больше, тем более устойчив полет и тем меньше вероятность перевернуться при сильном порыве ветра. Однако при большем угле поперечного V уменьшается подъемная сила и ухудшается маневренность.

Истребители, которым необходима хорошая маневренность, имеют очень малый, а то и нулевой угол поперечного V. У некоторых самолетов этот угол даже обратный (крылья опускаются от фюзеляжа к концам). Это делает самолет весьма неустойчивым, зато исключительно вертким. Птицы же, свободно движущие своими крыльями, могут использовать высокую маневренность обратного угла поперечного V, если им нужно резко изменить направление полета. Некоторые птицы при приземлении для уменьшения подъемной силы медленно поднимают крылья, пока они не примут почти вертикальное положение.

Возвышение крыльев относительно туловища называется углом поперечного V. Он обеспечивает устойчивость полета

Хвост птицы тоже играет важную роль в управлении полетом. Контроль этот гораздо более тонкий, чем может обеспечить хвостовое оперение самолета. Хвост большинства самолетов состоит из вертикальной поверхности киля и горизонтальной поверхности стабилизатора. Они позволяют регулировать угол атаки самолета и удерживать ось фюзеляжа ("туловища" самолета) в направлении движения. Хвост птицы состоит из большого количества более или менее прямых перьев, называемых рулевыми. Опахала у таких перьев симметричные. Симметрия обеспечивает равномерность воздушного потока, обтекающего птицу с обоих боков. Рулевые перья могут распускаться или складываться, подобно вееру.

Они могут также наклоняться вверх или вниз, влево или вправо. Такая гибкость позволяет птице тонко регулировать полет. Именно распуская или наклоняя хвост, птица сохраняет постоянный угол атаки при каждом взмахе. Если требуется, она легко способна изменить угол атаки, например, при приземлении. Широко распущенный хвост служит птице тормозом, он также-позволяет ей сохранять устойчивое положение туловища, компенсируя порывы ветра. Без рулевых перьев птице было бы очень трудно летать.

Хвост может вращаться, раскрываться веером, подниматься и опускаться, создавая дополнительное сопротивление. Это помогает обеспечивать баланс и сохранять угол атаки крыльев при нырянии тела. С помощью хвоста можно снизить скорость и предотвратить кувыркание при порывах ветра

При взлете птице требуется максимум подъемной силы, чтобы как можно быстрее подняться в воздух, пока скорость поступательного движения еще относительно невелика. Это же относится и к самолетам. Крылья некоторых самолетов имеют предкрылки и закрылки, которые, отгибаясь вниз, увеличивают изогнутую поверхность крыла и наращивают подъемную силу при небольшой скорости. Аналогичную роль у птиц выполняют небольшие вспомогательные перышки, называемые крылышками, которые крепятся к запястьям. Во время медленного полета и при взлете они распускаются, увеличивая подъемную силу.

Парящий полет. Оказавшись в воздухе, птица в любой момент может начать планирование, перестав размахивать крыльями и вытянув их под подходящим поперечным V-углом. В парящем полете вся площадь крыльев создает подъемную силу, в том числе и внешние участки, которые обычно используются как пропеллеры. В парящем полете птица похожа на самолет с выключенным мотором. Чтобы набрать высоту, птица может вновь начать махать крыльями, а летчик — включить мотор.

Птицы, как и самолеты, сочетают парящий и силовой типы полета. Планирование всегда используется при приземлении. У некоторых самолетов — они называются планерами — моторов нет. Набрав достаточную высоту, планер отцепляется от "тягача" и парит уже самостоятельно. Почти чистыми планерами являются и некоторые птицы, например, альбатросы. Они не могут взлетать с поверхности земли — только прыгнув с утеса или разогнавшись на морской волне.

Планирующий полет в восходящих потоках воздуха

Воздух в небе над нами находится в постоянном движении — именно поэтому погода так непостоянна. Когда светит солнце, его лучи нагревают землю. Это тепло затем передается нижним слоям воздуха.

Теплый воздух всегда легче холодного. Будучи более легким, он начинает подниматься вверх (подобно пузырькам воздуха, всплывающим в нагревающемся на плите чайнике с водой). Когда таких "пузырьков" становится достаточно много, они образуют столб восходящего воздуха, называемый термалью.

Подобные столбы могут подниматься на значительную высоту, порой на несколько километров. В горах существует и другой источник восходящих потоков воздуха: они образуются, когда ветер отражается вверх от склона горы. В некоторых частях света такие потоки воздуха существуют постоянно.

Когда планер, будь то безмоторный самолет или парящая птица, попадает в восходящий поток воздуха, он начинает набирать высоту, — если воздух поднимается быстрее, чем планер опускается под силой тяжести. Подъем продолжается до тех пор, пока планеру или птице удается оставаться в этом потоке. Кружа, они поднимаются на самую вершину термали, потом соскальзывают с нее и плавно опускаются, пока не достигнут земли либо следующей термали. Так можно парить часами.

Некоторые птицы гораздо больше времени проводят в парящем полете, нежели в машущем — и их называют парящими. В солнечный день после полудня, когда земля прогрета сильнее всего, можно наблюдать, как ястреб, орел или кондор — самые известные сухопутные парящие птицы — мягко кружат в невидимых слоях восходящего воздуха, образующихся над полями или над гребнями гор. Подолгу планируют и над землей, и над водой многие морские птицы, такие как чайки, буревестники и альбатросы. Небольшие чайки и буревестники используют восходящие потоки воздуха, отражаемые гребнями волн. Альбатросы же, кроме того, используют в качестве источника энергии для так называемого динамического парения градиент ветра. Альбатросы считаются самыми лучшими планерами.

В солнечный день земля нагревается, и ее тепло передается воздуху. Теплый воздух легче холодного, и он начинает подниматься, образуя термаль. В ней птицы могут долгое время парить, не взмахивая крыльями

Всех парящих птиц объединяет то, что их крылья хорошо подходят для этого типа полета. Они очень велики по отношению к туловищу — либо очень длинные, либо очень широкие. Из-за сопротивления воздуха такими большими крыльями трудно махать долгое время, поскольку это требует огромных мышечных усилий. Но для парящего полета они идеальны. У чаек, например, длинные и узкие крылья создают большую подъемную силу при гораздо меньшем сопротивлении воздуха. Широкие крылья, казалось бы, не подходят для парения, но птицы с такими крыльями — ястребы и орлы — обладают способностью разводить первостепенные перья, превращая каждое перо в индивидуальное крылышко.

Когда ветер встречает на своем пути склон горы, воздух отражается вверх. Птицы могут долгое время парить в этом восходящем потоке, двигаясь вдоль гребня горы

Это значительно увеличивает отношение подъемной силы к силе сопротивления воздуха, наделяя широкое крыло свойствами длинного и узкого крыла.

Многие птицы, такие как пустельга, зимородок и особенно колибри, способны зависать в воздухе. Быстро трепеща крыльями и хвостом, они держат туловище почти вертикально и могут оставаться на месте, преодолевая силу тяжести. Колибри умеют даже летать задом наперед.

Пустельга и зимородок используют этот "полет на месте", выслеживая добычу. Заметив жертву, они поднимают или частично складывают крылья, чтобы уменьшить сопротивление воздуха, и пикируют к земле, быстро набирая скорость под действием силы тяготения. Пикирующий полет используют время от времени многие птицы — для добычи пищи или для спасения от хищника.

Замена перьев. Перья, постоянно обдуваемые ветром, быстро изнашиваются. Они не растут постоянно, как волосы, поэтому птицы линяют, по меньшей мере, раз в год. Им необходимо сбросить старые перья, чтобы выросли новые. Большинство птиц меняют перья не сразу все, а по частям, чтобы сохранять способность летать. Лишенные этой способности, они умрут с голоду или станут легкой добычей хищника. Однако такое время не лучшее для полетов. Некоторые водные птицы — например, утки — сбрасывают все первостепенные перья сразу и некоторое время не могут летать. Но они живут на воде и там находят себе пищу и укромные места, так что временная неспособность к полетам не вредит им.

Конечно, полет птицы — не такой простой процесс, как люди думали раньше, сравнивая его с греблей веслами. Орнитологи (люди, изучающие птиц) снабдили нас ценнейшей информацией о пернатых. Птица представляет собой изумительно эффективный летательный аппарат. Полет — это сложнейший процесс, требующий гармоничного взаимодействия между различными природными силами, которыми виртуозно управляют крылья и хвост.

Ни единой секунды полета крылья птицы не действуют вхолостую. В парящем полете все крыло служит вырабатывающей подъемную силу несущей поверхностью. При машущем полете взмахи вверх и вниз создают и подъемную силу (от внутренних частей крыльев), и силу тяги (от внешних частей крыльев).