Fosili pterozavrov jasno kažejo, da so imela ta bitja par kril - od katerih je bilo vsako v razširjeni obliki usnjena membrana, raztegnjena med skeletnim "bičem" vodilnega roba krila in telesa. Sodeč po številčnosti teh fosilov, pterozavri niso bili napaka Narave: krila so uporabili po predvidenem namenu in vedeli so, kako ne le načrtovati, ampak so tudi z aktivnim potiskom obvladali tehniko letenja.
Zdi se, da bi pterozavri lahko ustvarili aktivni potisk po istem principu, kot ga uporabljajo netopirji in ptice. Namreč: med loputastimi gibi svojih kril nastane mlazni potisk zaradi zraka, ki ga potisne nazaj gibki zadnji odseki kril, ki se pasivno upognejo navzgor, ko krila padajo navzdol, in obratno. Vendar pa je bitje omejeno na bitje, ki uporablja ta prelet. Da bi v zraku zadrževali vse večjo težo, je potrebno - z isto hitrostjo letenja - vedno večje območje kril, s povečanjem tega območja pa se povečujejo odporne sile proti loputastim gibom, za premagovanje katerih potrebujejo vse več in močnejše mišice, tj. Spet vse večja teža … Izkaže se začaran krog. Danes so največje leteče ptice kondorji, ki dosežejo težo le 15 kg (medtem ko vsak vleče ovne po 40 kg). Toda pterozavri so kondorje bistveno presegli po velikosti in teži krila! "Leteči kuščarji so pripadali … velikanom - na primer pteranodon, ki so ga našli leta 1975 med izkopavanji v nacionalnem parku Big Bend v Teksasu (ZDA): njegov razpon kril je dosegel 15,5 m. To je eno najbolj neverjetnih bitij, kar jih je kdaj živelo Zemljo. Njegova krila so štirikrat (ali več) daljša od kril albatros, kondor in drugih sodobnih živali letalcev. Pod takimi krili je bil, kot majhen motor, obešen v primerjavi z njihovim trupom. Nekateri znanstveniki menijo, da pteranodon ne bi mogel niti zamahniti s krili! "5 m. To je eno najbolj neverjetnih bitij, kar jih je kdaj živelo na Zemlji. Njegova krila so štirikrat (ali več) daljša od kril albatros, kondor in drugih sodobnih živali letalcev. Pod takimi krili je bil, kot majhen motor, obešen v primerjavi z njihovim trupom. Nekateri znanstveniki menijo, da pteranodon ne bi mogel niti zamahniti s krili! "5 m. To je eno najbolj neverjetnih bitij, kar jih je kdaj živelo na Zemlji. Njegova krila so štirikrat (ali več) daljša od kril albatros, kondor in drugih sodobnih živali letalcev. Pod takimi krili je bil, kot majhen motor, obešen v primerjavi z njihovim trupom. Nekateri znanstveniki menijo, da pteranodon ne bi mogel niti zamahniti s krili!"
Dejansko pteranodon fizično ni mogel zamahniti s krili kot ptica. Navsezadnje ni imel analogov niti ptičjih prsnih mišic niti ptičje kobilice, na katere so pritrjene tetive teh mišic. To pomeni, da preprosto ni imel ničesar, kar bi zamahnil s krili kot ptica. Toda ali ne bi mogel na drugačen način postaviti kril?
Raziskovalec pterozavrov K. Gumerov opozarja na nesorazmerje v njihovi anatomiji: precej močan vrat in velika glava. Če bi pterosaur iztegnil vrat naprej - kot to počnejo na primer gosi - na primer gosi -, bi bilo njegovo centriranje daleč pred prvo tretjino krila, tako da bi pterozaver padel v potop. Da bi zagotovil centriranje horizontalnega leta, bi moral pterosaur z upognjenim vratom upogniti vrat, tako da bi bila njegova glava približno nad prvo tretjino krila. K. Gumerov verjame, da je zamahovanje kril nastalo zaradi nihala gibov težke glave na mogočnem vratu. Toda kako se je prelomil zgoraj omenjeni začarani krog?
Vendar vidimo teoretično možnost, da bi pri delu zamahnili s krili med vodoravnim poletom, če bi jih mišice upognjenega vratu premikale skozi vibracije težke glave. Če bi bile mase primerljive, prvič, glava in vrat, in drugič, telo in krila, bi vratne mišice "brcale" ne le po glavi, temveč tudi po telesu: ko bi se glava premaknila navzgor, telo premaknil bi se navzdol in obratno. Tako bi podlagam kril dodeljevali nihajno gibanje navzgor in navzdol - kar bi bilo vir njihovih premikov, tj. delovala bi metoda "vzbujanja nihanj plošče skozi izboklino fiksnega konca". Hkrati premiki krila v strogem smislu ne bi bili nihajni, ker bi se tukaj osnova in konec krila premaknili v antifazi - in zatonekje na sredini dolžine krila bi bila nodalna črta z ničelno amplitudo vibracij.
Takšen način nihanja kril pterozavra - s prisotnostjo vozličaste črte - bi po našem mnenju omogočil nekoliko večje velikosti kril in težo leta kot ptice. Dejansko je sila upora proti gibanju zamah neposredno sorazmerna s površino krila in kvadratom hitrosti prekrivanja. V krilu ptice pade ničla amplituda vibracij na povezavo krila s telesom, v krilu pterozavra pa bi padla na sredino krila. Zato bi bila z enakim kotnim razponom in pogostostjo premikov krila povprečna hitrost nihanja krila pterozavra polovica hitrejšega od ptičjega krila enake dolžine. Potem bi z enakimi koeficienti dinamične odpornosti na loputah in enakimi razmerji dolžine krila do širine krilo pterosavra doživelo enako upornost lopute kot ptičje krilo, saj je 4 1/4 daljša od njega.»1,41 krat (samo nekaj!) V tem primeru bi področja krila pterozavra in ptice obravnavali kot kvadratke njihovih dolžin, tj. krilo pterozavra bi bilo dvakrat večje. V skladu s tem bi z isto hitrostjo leta in enakimi aerodinamičnimi koeficienti vlečenja krila pterosavra imela dvakratno dvižno silo, kar bi mu omogočilo, da v zraku drži dvakrat večjo težo. Toda tudi s temi idealiziranimi predpostavkami problem pterozavra očitno še zdaleč ni rešen. Poleg tega, kot je razvidno iz razmnoževanja fosila pterodaktila - slika 1, iz javno dostopnega spletnega vira - za udarno glavo na vratu zadaj je ta vrat prekratek - glede na veliko dolžino vratnih vretenc.
Slika 1
Torej, pterodaktili niso mogli zamahniti s krili bodisi kot ptica, niti skozi zamah telesa, ker se je odbil, ko udaril v glavo. Kaj bi lahko storili? Ali so res imeli tehniko aktivnega leta, pri kateri niso zamahnili s krili? Analiza slike 1 vam omogoča pritrdilno odgovoriti na to vprašanje!
Promocijski video:
Ogledali smo si številne reprodukcije fosilov pterozavra - zgornja je najboljša med njimi, saj praktično ni poškodb ali premikov kosti med seboj. Zato smo izhajali iz predpostavke, da ta fosil reproducira anatomsko normalen položaj skeletnih kosti v pterodaktilu z zloženimi krili. Tudi tukaj je, tako kot na drugih fotografijah, presenetljiva ena "nenavada", in sicer prisotnost "dodatnega" sklepa v krilu. Dejansko ima po enem samem nadlahtju podlaket z dvema kostoma, nato pa še en odsek z dvema kostoma, skoraj enake dolžine kot podlaket. Še več, sam humerus je tako nenaravno kratek in priveden v tak položaj v ramenskem sklepu, da sklep nakazuje sam: ni presegel telesa, zato je bil pritrjen sprednji del krilne membrane oz.začenši od podlakti. Prav ta anatomija je po našem mnenju omogočila izvedbo metode ustvarjanja potiska z raztegnjenimi spletnimi krili, kar je presenetilo v svoji preprostosti in učinkovitosti.
Dejansko bodimo pozorni na par ključnic, povezanih v obliki črke V. Z vodoravnim položajem telesa se je ta par sklepov oddaljil od ramenskih sklepov naprej in navzdol, kosti nadlahtnice - nazaj in navzgor. Zdaj si predstavljajte, da je imel pterodaktil mišice med nadlahtnico in pripadajočimi ovratnicami. Krčenje teh mišic je združilo nadlahtnico in ključnico. Hkrati so se klavikule naslonile na prsni koš, zato so kosti nadlahtnice nekoliko obrnjene v sklepih, tako da so se njihovi zadnjični konci spustili navzdol. Tako je krčenje klavikularno-brahialnih mišic potegnilo navzdol koreninske dele sprednjih robov iztegnjenih kril; ko so se te mišice sprostile, je prišlo do pasivnega vračanja v začetni položaj nadlahtnice in s tem vodilnih robov kril. Dvoma skoraj ne more bitida je občasno krčenje klavikularno-brahialnih mišic povzročilo nihanje vodilnih robov kril - kar je ustvarilo val v membrani, ki potuje do zadnjega roba. Ta val je s seboj nosil določeno količino zraka in ga vrgel nazaj - kar je ustvarilo curek potiska.
Naslednja razlika v strukturi njegovih kril in kril netopirja priča tudi v prid takšnemu letalnemu pogonu pterodaktila. Mrežna krila netopirja imajo okostja rebra, ki jih tvorijo močno podolgovate prstne kosti. Jasno je, da taka rebra togosti ovirajo potovanje potujočega vala v membrani - in netopirji odpirajo zrak kot ptica. V krilu, ki je brez takih togostnih reber, so pogoji za potovanje potujočega vala idealni - z zahtevano napetostjo pasu.
Slika: 2
Mimogrede, zelo problematično bi bilo zagotoviti potrebno napetost membrane, če bi se v položaju leta krila kosti njenega vodilnega roba raztegnile skoraj vzdolž vrvice - kot se običajno domneva. Na podlagi slike 1 nam je predstavljena konfiguracija leta na okostju, ki je shematično prikazana na sliki 2. Krila so bila potrebna za pterodaktile ne zato, da bi jih presenetili z obsegom sodobnih raziskovalcev, ampak zato, da bi leteli. In ravno obokani vodilni robovi kril so po našem mnenju lahko rešili več tehničnih težav hkrati. Prvič, na celotnem območju krila je bilo enostavno zagotoviti potrebno napetost vrvi - z možnostjo nastavitve. Drugič, nastalo je razmerje med dolžino in širino krila, ki je blizu optimalnemu za ustvarjanje potujočega vala. Tretjič, problem poravnave je bil elegantno rešen:Dovolj je bilo, da je pterodaktil dvignil vrat in glavo malo pomaknil nazaj, projekcija središča mase pa bi bila na prvi tretjini krila. Spet imamo opravka z iznajdljivo tehnično rešitvijo!
Zdaj pa naredimo nekaj elementarnih ocen parametrov krila potujočega vala. Naj bo razmerje značilne dolžine krila l in njegove značilne širine d 2,5, površina krila naj bo S = 0,8 × ld. Frekvenca nihanja f prednjega roba kril pterodaktila ne bi smela preseči več hertz. Naj se ena dolžina potujočega vala prilega značilni širini krila d, potem je njegova hitrost v gibanju po membrani v = fd. Statični potisni curek, ki ga razvije krilo potovalnega vala v mirovanju glede na zračni medij, je F stat = mv / t, kjer je m masa zraka, vrženega nazaj v času t, enako d / v. Glede na t.i. dodana masa izpuščenega zraka, predpostavimo, da je m "r S (d / 5), kjer je r gostota zraka in s tem F stat " (1/5) r Sv 2… Kot bomo videli spodaj, je ta statični potisk prenizek, letenje na njem pa je nerealno. Vendar pa je dinamika potiska F DYN na krilu potujočega vala ne zmanjša na vse, kot je njegova hitrost v zraku raste - tako kot v propeler vozilih - ampak, nasprotno, najprej poveča. To je posledica dejstva, da dohodni zrak tvori urejene vrtinčaste cevi v vdolbinah membrane, kot je shematično prikazano na sliki 3.
Slika: 3.
V nasprotju s pojmi klasične aerodinamike - ki trdi, da je tvorba vrtincev, na primer, ko se tok loči od krila, škodljiv učinek, saj se aerodinamično vlečenje poveča in sila dviga zmanjša - tvorba vrtinčnih cevi v vdolbinah krila potujočega vala je koristen učinek. Zračni vrtinec ima veliko večjo inertnost in elastičnost kot enaka masa zraka, ki se ne vrtinči, zato je "odganjanje" od vrtincev veliko bolj učinkovito. Pri nizkih hitrostih krila potujočega vala se zgodi naslednje: večja kot je hitrost, tvorijo se močnejši vrtinci in s tem večji dinamični potisk. Ko pa sta hitrost leta in hitrost potujočega vala v enaka, je dinamični potisk očitno enak nič. Zato obstaja nekaj optimalne (križarljive) hitrosti leta,pri katerem je dinamični potisk največji. Domnevali bomo, da je križarska hitrost Vcr = 0,75 V in da pri hitrosti križanja Fdin = 3Fstat. Za oceno teže leta, ki jo lahko nosijo krila potujočega vala, potrebujemo tudi oceno relativnega zmanjšanja prostega drsenja. Dejansko je s prostim načrtovanjem teža aparata uravnotežena z dvižno silo, aerodinamični upor pa se uravnoteži z vlečno silo, ki jo izvaja sila sile teže, ko se naprava spušča. Za to gravitacijsko delo lahko zapišemo poenostavljen izraz MgDh = MVDV, kjer je M masa vozila, g je pospešek gravitacije, h višina leta in V hitrost leta. Potem je vlečna sila zaradi sile gravitacije s prostim načrtovanjemin to pri hitrosti Fdin = 3Fstat. Za oceno teže leta, ki jo lahko nosijo krila potujočega vala, potrebujemo tudi oceno relativnega zmanjšanja prostega drsenja. Dejansko je s prostim načrtovanjem teža aparata uravnotežena z dvižno silo, aerodinamični upor pa se uravnoteži z vlečno silo, ki jo izvaja sila sile teže, ko se naprava spušča. Za to gravitacijsko delo lahko zapišemo poenostavljen izraz MgDh = MVDV, kjer je M masa vozila, g je pospešek gravitacije, h višina leta in V hitrost leta. Potem je vlečna sila zaradi sile gravitacije s prostim načrtovanjemin to pri hitrosti Fdin = 3Fstat. Za oceno teže leta, ki jo lahko nosijo krila potujočega vala, potrebujemo tudi oceno relativnega zmanjšanja prostega drsenja. Dejansko je s prostim načrtovanjem teža aparata uravnotežena z dvižno silo, aerodinamični upor pa se uravnoteži z vlečno silo, ki jo izvaja sila sile teže, ko se naprava spušča. Za to gravitacijsko delo lahko zapišemo poenostavljen izraz MgDh = MVDV, kjer je M masa vozila, g je pospešek gravitacije, h višina leta in V hitrost leta. Potem je vlečna sila zaradi sile gravitacije s prostim načrtovanjems prostim načrtovanjem se teža aparata uravnoteži z dvižno silo, aerodinamični upor pa se uravnoteži z vlečno silo, ki jo izvaja sila sile teže, ko se aparat spusti. Za to gravitacijsko delo lahko zapišemo poenostavljen izraz MgDh = MVDV, kjer je M masa vozila, g pospešek gravitacije, h višina leta in V hitrost leta. Potem je vlečna sila zaradi sile gravitacije s prostim načrtovanjems prostim načrtovanjem se teža aparata uravnoteži z dvižno silo, aerodinamični upor pa se uravnoteži z vlečno silo, ki jo izvaja sila sile teže, ko se aparat spusti. Za to gravitacijsko delo lahko zapišemo poenostavljen izraz MgDh = MVDV, kjer je M masa vozila, g pospešek gravitacije, h višina leta in V hitrost leta. Potem je vlečna sila zaradi sile gravitacije s prostim načrtovanjem
kjer je V vert hitrost spuščanja; pri V vert << V razmerje (V / V vert) je približno enako vrednosti aerodinamične kakovosti. Naredimo ocene za primer relativnega spusta 1:10 s prostim drsenjem s križarsko hitrostjo. Hkrati, kot izhaja iz zgornjega, bi dinamični potisk F din zagotavljal vodoravni polet (brez spuščanja!) Pterodaktila s težo 10 F din; let z vzponom 1:10 bi bil zagotovljen za težo 9 F din… Dobljene ocene so podane v tabeli, za začetni parameter so bile upoštevane dimenzije kril. Kot vidite, razmerje med velikostjo in maso kril postane realno za aktivni polet bitja na krilih potujočega vala.
| Dolžina krila, m | Površina celotnega krila, m 2 | Frekvenca nihanja, Hz | Hitrost potujočega vala, m / s | Križarljiva hitrost leta, m / s | Dinamičen potisk, kg | Teža, za vzpon 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 |
Zdi se, da dobljene številke ne ustrezajo tehničnim parametrom ultralahkih letal. V primeru mrtvih kril jadralnih letal in jadralnih padalcev, z enakimi utežmi leta in enakimi območji kril, so potrebne hitrosti letenja, ki so nekajkrat večje od tistih, ki smo jih dobili pri nas. Ne pozabite pa, da krila potujočega vala delujejo v urejenem vrtinčenem zraku - ne le, da se od njega odrivajo, ampak se tudi naslanjajo nanj. Zato je dvižna sila krila potujočega vala ustrezno višja. Če povečanje dviga opišemo s faktorjem, ki je enak trem - kot je povečanje dinamičnega potiska, glejte zgoraj -, potem bi bile naše ocene povsem smiselne … če ne še ena okoliščina.
Spomnimo se: kondor z lastno težo 15 kg lahko v zraku prenese dodatno obremenitev 40 kg. Načeloma bi lahko kondor letel z lastno težo 50 kg. Toda takšen polet bi zahteval največ napora sil. Stvar, ki bi ga bilo treba nenehno napenjati, bi očitno izpadla iz svojega elementa. Ni za nič, da ima kondor, kot lahko vidimo, skoraj trikratno "mejo varnosti"! Torej: naše ocene so pridobljene za tehnično omejujoče pogoje letenja. Te načine so teoretično možne - toda v praksi so pterodaktili potrebovali "trik", ki bi jim omogočil letenje ne na meji svojih zmožnosti.
Tak "trik" smo videli, ko smo opazili, da pterodaktili nimajo niti krmila, niti dvigal, niti eleronov! Kako so uspeli svoj let? Če želite zaviti, lahko pterodaktil sprosti napetost na membrani na krilu na strani, na katero se je bilo treba obrniti. Ta premik bi zmanjšal potisk in dvig krila. Asimetrija potiska krila bi povzročila preobrat, in da bi nadomestil asimetrijo dvižnih sil kril, bi lahko pterodaktil obrnil glavo v smeri, ki je nasprotna od zavoja. Kar zadeva dvigalo, bi bilo pri majhnih hitrostih še vedno neučinkovito, zato bi bilo po našem mnenju nadzor nad naklonom mogoče zagotoviti le v majhnem območju odklonov vektorja letenja od vodoravne ravnine - centriranje se premika skozi premike glave nazaj ali naprej. Kot lahko viditepriložnosti za aerobatiko v pterodaktilu so bile več kot skromne. Če bi sunki vetra nagnili pterodaktil, ki je pridobil višino, se ne bi več mogel vrniti na svoj vodoravni polet!
Postavlja se vprašanje: zakaj so morali pterodaktili doseči višino, če je bil zanje smrtno nevaren? Polet na ultra nizki nadmorski višini je upravičen le v ogromnih odprtih prostorih z ravno vodoravno površino. Zaključek kaže sam: pterodaktili so bili prilagojeni za letenje na izjemno nizki nadmorski višini! In takrat je bil "fokus", ki je olajšal takšen let, verjetno vpliv tal, zaradi uporabe katerega letijo ekranoplani - optimalna višina leta je v tem primeru približno polovica značilne širine krila. Zato pterodaktili niso potrebovali alejronov: zgoščevanje zraka med krili in vodno površino je samodejno odpravilo motnje valja, tudi pri obračanju (glejte zgoraj). Očitno so pterodaktili lovili ribe in druge prebivalce morja,zgrabili žrtev iz pristopa z zobatimi kljuni - "potapljanje" v vodo z višine metra je bilo tehnično povsem varno. In vzlet iz vode - s hitrostjo 2-3 metra na sekundo - ne bi smel predstavljati težav. Pterodaktil lahko takšno vzletno hitrost pobere tako, da sproži tekaški val z zmanjšano amplitudo vzdolž kril, iztegnjenih na vodi - pri tem pa potiska ne iz zraka, ampak iz vode (primerjajte: šestmetrska mečarica, ki skozi telo pošlje tekaški val, se premika v vodi s hitrostjo do 120 km / h). Posledica tega je, da se na krilih potujočega vala pojavi čudovita slika plazečega leta pterodaktila - ultra nizek in ultra počasen, katerega učinkovitost se zaradi učinka zaslona poveča. Takšen polet je s tehničnega vidika redka mojstrovina!In vzlet iz vode - s hitrostjo 2-3 metra na sekundo - ne bi smel predstavljati težav. Pterodaktil lahko takšno vzletno hitrost pobere tako, da sproži tekaški val z zmanjšano amplitudo vzdolž kril, iztegnjenih na vodi - pri tem pa potiska ne iz zraka, ampak iz vode (primerjajte: šestmetrska mečarica, ki skozi telo pošlje tekaški val, se premika v vodi s hitrostjo do 120 km / h). Posledica tega je, da se na krilih potujočega vala pojavi čudovita slika plazečega leta pterodaktila - ultra nizek in ultra počasen, katerega učinkovitost se zaradi učinka zaslona poveča. Takšen polet je s tehničnega vidika redka mojstrovina!In vzlet iz vode - s hitrostjo 2-3 metra na sekundo - ne bi smel predstavljati težav. Pterodaktil lahko takšno vzletno hitrost pobere tako, da sproži tekaški val z zmanjšano amplitudo vzdolž kril, iztegnjenih na vodi - pri tem pa potiska ne iz zraka, ampak iz vode (primerjajte: šestmetrska mečarica, ki skozi telo pošlje tekaški val, se premika v vodi s hitrostjo do 120 km / h). Posledica tega je, da se na krilih potujočega vala pojavi čudovita slika plazečega leta pterodaktila - ultra nizek in ultra počasen, katerega učinkovitost se zaradi učinka zaslona poveča. Takšen polet je s tehničnega vidika redka mojstrovina!na krilih, iztegnjenih na vodi - pri tem pa se potiska ne iz zraka, temveč iz vode (primerjajte: šestmetrska mečarica, ki skozi telo pošlje tekaški val, se giblje v vodi s hitrostjo do 120 km / h). Posledica tega je, da se na krilih potujočega vala pojavi čudovita slika plazečega leta pterodaktila - ultra nizek in ultra počasen, katerega učinkovitost se zaradi učinka zaslona poveča. Takšen polet je s tehničnega vidika redka mojstrovina!na krilih, iztegnjenih na vodi - pri tem pa se potiska ne iz zraka, temveč iz vode (primerjajte: šestmetrska mečarica, ki skozi telo pošlje tekaški val, se giblje v vodi s hitrostjo do 120 km / h). Posledica tega je, da se na krilih potujočega vala pojavi čudovita slika plazečega leta pterodaktila - ultra nizek in ultra počasen, katerega učinkovitost se zaradi učinka zaslona poveča. Takšen polet je s tehničnega vidika redka mojstrovina!Takšen polet je s tehničnega vidika redka mojstrovina!Takšen polet je s tehničnega vidika redka mojstrovina!
In kljub zelo ozki specializaciji pterodaktila je nesporna prednost: v primerjavi s ptičjimi krili so krila potujočega vala sposobna zadrževati veliko večjo težo v zraku in celo s precej manjšim razmerjem mase letečih mišic s celotno telesno težo. Izrazimo upanje, da bo mogoče izdelati zrakoplov, v katerem bo let zasnovan po zgoraj opisanih načelih - in ki bo lahko nosil pomembno obremenitev.
Avtor je K. Gumerov zelo hvaležen za postavitev problema, za naslove informacijskih virov in za koristno razpravo.
Avtor: A. A. Grishaev, neodvisni raziskovalec