Почему самолёты не машут крыльями как птицы

Историческое начало

Аббатство Малмсбери./ Фото: warball.ru

Учитывая, что полёт во все времена ассоциировался исключительно с птицами и взмахами их крыльев, было бы логично предположить, что летательные аппараты тоже будут построены по такому принципу. Человек уже не в первый, не во второй или даже не в сотый раз реализует что-то, придуманное самой природой, и обычно метод, созданный естественным путём в ходе эволюции, оказывался наиболее правильным и эффективным. Самые же первые попытки взлететь как раз и делались с помощью механизма, который используется птицами: машем и летим. К примеру, одним из смельчаков был некий монах Эйлмер, который жил в XI веке в небольшом английском аббатстве Малмсбери. Он воодушевился мифом об Икаре, привязал к себе собственноручно сделанные крылья и шагнул с башни аббатства. Хоть он и заплатил жутковатую по тем временам цену – сломал обе ноги, но своего добился и пролетел около двухсот метров. И таких сумасбродных экспериментаторов за всю историю набралось довольно много.

Орнитоптер Леонардо да Винчи./ Фото: habr.com

Как только развитие техники шагнуло вперёд, тут же появились попытки построить орнитоптер – летательный аппарат, который должен был летать за счёт взмахов крыльями. Фактически это было уже больше похоже на полёт птиц, если, конечно, простые взмахи рукотворной конструкции можно было сравнить с изящными движениями крыльев. Впрочем, из этого тоже ничего не получилось, а единственным успехом было недолгое планирование, которое всегда заканчивалось зрелищным падением и, возможно, травмами. Причину этому сформулировал сам Леонардо да Винчи, хоть он и придумал собственный орнитоптер. По его мнению, человек для такой физической работы не годился, поскольку был слишком уж слабым.

Орнитоптер./ Фото: bigenc.ru

С появлением двигателей внутреннего сгорания изобретатели утроили свои усилия, ведь у них появилось устройство, способное двигать крыльями с гораздо большей силой и скоростью. Правда, всё опять закончилось ничем. Максимум, чего добились изобретатели, так это подпрыгивания на месте и весьма ощутимых ударов о землю, а в скором времени вырисовалась правильная концепция самолёта: с неподвижным крылом и пропеллером, который вращался при помощи двигателя внутреннего сгорания. Так почему же создание орнитоптера было заброшено, и всё это направление фактически превратилось в хобби для энтузиастов?

Самолёт против «махокрыла»

Искусственная чайка SmartBird./ Фото: habr.com

Так что же с орнитоптерами оказалось не так? Ведь с современными технологиями можно было бы сделать гораздо более совершенную машину, способную махать крыльями с большей силой и скоростью, но почему-то в небе нет ни одного орнитоптера, а только самолёты разных конструкций. Проблема вся в том, что двигать крыльями вверх-вниз недостаточно, стоит лишь взглянуть на замедленное видео полёта птицы, чтобы понять разницу. На самом деле, это не простое движение, а целая техника, благодаря которой и становится возможен полёт. За долгие тысячелетия природа смогла создать уникальный в своей эффективности биологический механизм и наделила им птиц, но повторить всё это в пластике и металле оказалось делом очень сложным. Лишь в 2011 году удалось создать прототип искусственной птицы SmartBird с размахом крыльев около метра, которая могла по-настоящему летать. Правда, делала она это не очень уверенно и далеко не идеально.

Аэродинамика крыла./ Фото: steamcommunity.com

Классический в современном понимании самолёт оказался гораздо проще: у него есть единственное крыло, и оно неподвижное. Оно имеет тщательно выверенную форму, за счёт которой на определённой скорости самолёт может подняться в небо. Если не вдаваться в сложную физику и аэродинамические процессы, можно сказать, что самолёт при помощи крыла опирается на воздух и использует его в качестве трамплина, чтобы забраться повыше (хоть это и не совсем правильно). То есть самолёту для взлёта нужно всего лишь набрать скорость, и аэродинамика сделает всё остальное. Для этого не нужна чрезвычайно сложная механика и машущие крылья, только двигатель помощнее.

А вот если бы орнитоптер существовал

Орнитоптер в «Дюне»./ Фото: rambler.ru

Конечно, орнитоптер нельзя назвать фантастическим видом транспорта, но все существующие образцы – это всего лишь игрушки, плоды трудов тех самых энтузиастов. Причём полноценный орнитоптер, который может взлетать и садиться самостоятельно без реактивных двигателей и автомобилей, так и не смогли построить. Даже с современными технологиями это оказалось слишком сложно, поэтому орнитоптер можно увидеть разве что в фантастическом фильме, к примеру, в не так давно вышедшей «Дюне». Придумал этот летательный аппарат писатель Фрэнк Герберт, а реализовал на экране режиссёр Дени Вильнёв, причём сделал это сверх всяких похвал. Так почему в фильме он летает, а в реальной жизни нет?

Птицы в полёте./ Фото: wallpaperscraft.ru

Первая и главная трудность, с которой пришлось столкнуться конструкторам во время создания орнитоптера, касалась непосредственно крыльев. Для того чтобы летать, птица буквально отталкивается от воздуха во время взмаха, после чего распрямляет крылья и всё повторяется снова, но есть один нюанс. Движения крыльев очень сложные, ведь они должны толкать птицу только в одном направлении. Жесткое механическое крыло не способно на такой подвиг без мышц, а достаточно мощный электрический привод (аналог мышечной ткани) слишком большой и тяжёлый, чтобы вся конструкция вообще могла взлететь таким вот способом.

Орнитоптер в «Дюне»./ Фото: rbc.ru

Предложенный в «Дюне» способ полёта весьма хорош, но чисто технически реализовать его невозможно, по крайней мере с современным уровнем развития технологий. Здесь крылья орнитоптера движутся перпендикулярно фюзеляжу с огромной скоростью, но на её поддержание нужен агрегат по-настоящему огромного размера и мощности. Тем более что крыльями нужно будет управлять, то есть разворачивать их лопасти под углом почти 90 градусов, иначе орнитоптер не взлетит. К тому же есть ещё одна важная деталь: здесь потребуются чрезвычайно лёгкие и очень прочные материалы, в противном случае лопасти не выдержат прилагаемых усилий и разрушатся.

Орнитоптер Рене Риута./ Фото: wikipedia.org

В общем и целом, постройка орнитоптера по образу и подобию птицы, а тем более насекомого – это задача, которая лежит далеко за пределами возможностей современных технологий и материаловедения. Вероятно, подобное станет возможным в будущем, когда появятся нужные материалы, мощные приводы и сверхкомпактные двигатели. А пока что орнитоптер остаётся всего лишь игрушкой, для запуска которой в воздух требуется помощь реактивного двигателя или же автомобиля с длинным тросом.

Хоть полноценный орнитоптер пока что остаётся мечтой, за всю историю успели построить много интересных и очень необычных летательных аппаратов, по которым вполне можно изучать развитие авиации.