«Тайна полёта птеродактиля: крылья бегущей волны»

Тайна полёта птеродактиля: крылья бегущей волны (fb2) - Тайна полёта птеродактиля: крылья бегущей волны 328K скачать: (fb2) - (epub) - (mobi) - Андрей Альбертович Гришаев

Тайна полёта птеродактиля: крылья бегущей волны

А. А. Гришаев, независимый исследователь

Окаменелости останков птерозавров с очевидностью свидетельствуют о том, что эти создания имели пару крыльев — каждое из которых представляло собой, в расправленном виде, кожистую перепонку, натянутую между скелетным «хлыстом» передней кромки крыла и корпусом. Судя по многочисленности этих окаменелостей, птерозавры не были ошибкой Природы: они использовали свои крылья по назначению, причём умели не только планировать, но и владели техникой полёта с активной тягой.

Казалось бы, птерозавры могли создавать активную тягу на таком же принципе, какой используют летучие мыши и птицы. А именно: при маховых движениях их крыльев, реактивная тяга возникает из-за отбрасывания воздуха назад гибкими задними участками крыльев, которые пассивно изгибаются вверх при махе крыльями вниз, и наоборот [1]. Однако, существует ограничение на вес существа, использующего такой машущий полёт. Чтобы держать в воздухе всё больший вес, требуется — при той же скорости полёта — всё большая площадь крыльев, а при увеличении этой площади увеличиваются силы сопротивления маховым движениям, для преодоления которых требуются всё более мощные мышцы, т.е., опять же, всё больший вес… Получается заколдованный круг. Сегодня самыми крупными летающими птицами считаются кондоры, достигающие веса всего-то в 15 кг (при этом они утаскивают баранов по 40 кг). Но птерозавры существенно превосходили кондоров по размерам крыльев и весу! «К летающим ящерам принадлежали… гиганты — например, птеранодон, найденный в 1975 г. при раскопках в национальном парке Биг-Бенд в Техасе (США): размах его крыльев достигал 15.5 м. Это одно их самых удивительных существ, когда-либо обитавших на Земле. Его крылья вчетверо (и более) длиннее, чем у альбатроса, кондора и других современных животных-«авиаторов». Под такими крыльями было, словно маленький мотор, подвешено мизерное в сравнении с ними туловище. Некоторые учёные считают, что птеранодон даже не мог махать крыльями!» [2]

Действительно, махать крыльями по-птичьи птеранодон физически не мог. Ведь у него не было аналогов ни птичьих грудных мышц, ни птичьей килевой кости, к которой крепятся сухожилия этих мышц. Т.е., махать крыльями по-птичьи ему было просто нечем. Но не мог ли он приводить крылья в движение иным способом?

Исследователь птерозавров К.Гумеров [3] обращает внимание на непропорциональность в их анатомии: довольно-таки мощную шею и большую голову. Если бы птерозавр вытянул шею вперёд — как это делают в полёте, например, гуси — то его центровка оказалась бы далеко впереди первой трети крыла, поэтому птерозавр свалился бы в пикирование. Для обеспечения центровки горизонтального полёта, птерозавру пришлось бы выгнуть шею назад-вверх по-лебединому, чтобы его голова оказалась примерно над первой третью крыла. К.Гумеров полагает, что махи крыльями производились благодаря маятниковым движениям тяжёлой головы на могучей шее [3]. Но каким же образом разрывался вышеназванный заколдованный круг?

Впрочем, мы усматриваем теоретическую возможность некоторого выигрыша в работе машущих крыльев при горизонтальном полёте, если они приводились бы в движение через колебания тяжёлой головы мышцами изогнутой шеи. При сопоставимости масс, во-первых, головы плюс шеи, и, во-вторых, корпуса плюс крыльев, шейные мышцы «болтали» бы не только голову, но и корпус: когда, по отношению к центру масс, голова двигалась бы вверх, корпус двигался бы вниз, и наоборот. Таким образом, основаниям крыльев сообщалось бы колебательное движение вверх-вниз — что и являлось бы источником их движений, т.е. работал бы метод «возбуждения колебаний пластины через болтанку закреплённого конца». При этом, движения крыла не являлись бы, в строгом смысле, махами, ведь здесь основание и конец крыла двигались бы в противофазе — и, значит, где-то посередине длины крыла находилась бы узловая линия с нулевой амплитудой колебаний.

Такой режим колебаний крыльев птерозавра — с наличием узловой линии — допускал бы, на наш взгляд, несколько большие, чем у птиц, размеры крыльев и полётный вес. Действительно, сила сопротивления маховому движению прямо пропорциональна площади крыла и квадрату скорости махового движения. У крыла птицы нулевая амплитуда колебаний приходится на соединение крыла с корпусом, а у крыла птерозавра она приходилась бы на середину крыла. Поэтому, при одинаковых угловом размахе и частоте движений крыла, средняя скорость махов у крыла птерозавра была бы вдвое меньше, чем у птичьего крыла такой же длины. Тогда, при одинаковых коэффициентах динамического сопротивления махам и одинаковых отношениях длины крыла к ширине, крыло птерозавра испытывало бы такое же сопротивление махам, что и птичье крыло, будучи длиннее его в 41/4»1.41 раз (всего-то!) При этом площади крыльев птерозавра и птицы относились бы как квадраты их длин, т.е. крыло птерозавра имело бы вдвое большую площадь. Соответственно, при одинаковой скорости полёта и одинаковых коэффициентах аэродинамического сопротивления, крылья птерозавра имели бы вдвое большую подъёмную силу, что позволяло бы удерживать в воздухе вдвое больший вес. Но, даже при этих идеализированных допущениях, проблема полёта птерозавра, очевидно, далеко не решается. К тому же, как можно видеть на репродукции окаменелости птеродактиля — Рис.1, с общедоступного веб-ресурса [4] — для болтанки головы на выгнутой назад шее эта шея слишком коротка — с учётом большой длины шейных позвонков.

Рис.1.

Итак, птеродактили не могли махать крыльями ни по-птичьи, ни через раскачку корпуса из-за отдачи при болтанке головой. Что же они могли? Неужели они владели техникой активного полёта, при которой они крыльями не махали? Анализ Рис.1 позволяет ответить на этот вопрос утвердительно!

Мы просмотрели ряд репродукций окаменелостей птерозавров — вышеприведённая является лучшей из них в том смысле, что здесь повреждения и смещения костей друг относительно друга практически отсутствуют. Поэтому мы исходили из того, что эта окаменелость воспроизводит анатомически нормальное положение костей скелета у птеродактиля со сложенными крыльями. Здесь, как и на других фотографиях, бросается в глаза одна «странность», а именно, наличие «лишнего» сустава в крыле. Действительно, после одинарной плечевой кости идёт двукостное предплечье, а затем… ещё один двукостный сегмент почти такой же длины, как и предплечье. Причём, сама плечевая кость так неестественно коротка и приведена в такое положение в плечевом суставе, что напрашивается вывод: она не выходила за пределы корпуса, и, значит, передняя часть перепонки крыла крепилась, начиная с предплечья. Именно такая анатомия позволяла, на наш взгляд, осуществить поразительный по простоте и эффективности способ создания тяги распростёртыми перепончатыми крыльями.

Действительно, обратим внимание на пару ключиц, соединённых в виде буквы V. При горизонтальном положении корпуса, эта пара ключиц отходила от плечевых суставов назад-вниз, а плечевые кости — назад-вверх. Теперь представим, что птеродактиль имел мышцы между плечевыми костями и соответствующими им ключицами. Сокращение этих мышц стягивало плечевые кости и ключицы друг с другом. При этом ключицы упирались в грудную клетку, и, значит, плечевые кости несколько поворачивались в своих суставах так, что их локтевые концы приопускались вниз. Таким образом, сокращение ключично-плечевых мышц дёргало вниз корневые участки передних кромок распростёртых крыльев; при расслаблении же этих мышц происходил пассивный возврат в исходное положение плечевых костей и, соответственно, передних кромок крыльев. Едва ли можно сомневаться в том, что периодическое сокращение ключично-плечевых мышц приводило передние кромки крыльев в колебательное движение — которое порождало в перепонке волну, бегущую к задней кромке. Эта волна увлекала с собой некоторое количество воздуха и отбрасывала его назад — что и порождало реактивную тягу.

В пользу именно такого полётного движителя птеродактиля свидетельствует ещё и следующее различие в строении его крыльев и крыльев летучей мыши. Перепончатые крылья летучей мыши имеют скелетные рёбра жёсткости, образованные сильно вытянутыми косточками пальцев. Ясно, что такие рёбра жёсткости препятствуют ходу бегущей волны в перепонке — и летучие мыши отмахивают воздух по-птичьи. У крыла же, лишённого таких рёбер жёсткости, условия для хода бегущей волны идеальны — при нужном натяжении перепонки.

Рис. 2.