Рыбы и гидромеханика

При взлете рыба сначала разгоняется до выхода на режим глиссирования по поверхности воды, а затем частично выскакивает из воды. При этом ее корпус уже находится в воздухе и испытывает значительно меньшее сопротивление, чем в воде, а расправленные крылья-плавники обеспечивают воздушную разгрузку, причем эффективность крыльев дополнительно повышается благодаря близости экрана; в то же время нижняя лопасть хвостового плавника (движителя) продолжает оставаться погруженной в воду и, совершая примерно 50—70 биений в секунду, позволяет довести скорость до значений порядка 60—65 км/ч. (Заметим попутно, что эта скорость уже вдвое выше, чем той же рыбы в воде!) Наконец, рыба изменяет угол атаки крыльев и взмывает вверх. Начальная скорость полета составляет, по-видимому, 54—72 км/ч!

Далее следует свободный полет — не более чем 10-секундное планирование на высоте 0,5—1 м на расстоянии до 50 м; скорость при этом неуклонно падает, а в итоге снижаются подъемная сила на крыльях и высота полета. Когда скорость уменьшится до 36 км/ч, нижняя лопасть хвостового плавника снова погружается в воду, начинается новый разгон до достижения максимальной скорости полета, затем снова следует свободный полет и т. д. В общей сложности рыба может пролететь таким образом до 400 м за 30 секунд. Естественно, что встречный ветер помогает летучей рыбе, как и взлетающему самолету.

Изменяя угол атаки крыльев, летучая рыба может соответственно изменять и траекторию полета вплоть до больше всего привлекающих внимание наблюдателей прыжков на высоту 8—10 м—через небольшие суда; нередко летучие рыбы оказываются и на палубах крупных судов.

Испытания твердой модели летучей рыбы показывают прежде всего высокое гидродинамическое качество отработанных тысячелетней эволюцией форм. Коэффициент гидродинамического сопротивления летучей рыбы составляет всего 0,015.

Подъемная сила, возникающая на плоских (непрофилированных) крыльях-плавниках, при малых углах атаки невелика, но с увеличением углов атаки заметно возрастает: очевидно, сказывается и «бипланный» эффект — взаимодействие обеих пар плавников. Тем не менее, как и в случае со скатом, твердая модель далека от своего намного более совершенного живого прототипа, представляющего сложнейший комплекс систем, смоделировать который пока не удается.

Удалось ли инженерам хотя бы частично воспользоваться результатами биотехнических исследований?

Известно, что во время полета летучая рыба, как и птицы, не только изменяет угол атаки, но и, частично складывая и расправляя плавники, регулирует площадь несущих плоскостей в зависимости от скорости полета: другими словами, крылья всегда работают в зоне их максимального качества. Как известно, этот же принцип изменения геометрии крыла самолета взят на вооружение современными авиаконструкторами.

В начале 1968 г. в зарубежной печати проскользнуло сообщение, что американский инженер В. Рейд сконструировал подводную лодку с крыльями, которая могла отрываться от поверхности воды и превращаться в летающий аппарат. Во время эксперимента 8-метровая модель стартовала из воды и поднималась на высоту до 23 м. Считают, что созданию этого необычного экспериментального аппарата, вызвавшего большой интерес ВМС США, предшествовало глубокое изучение движения летучей рыбы.

Говоря об использовании в технике закономерностей, обнаруженных у обитателей моря, стоит подчеркнуть, что простым копированием тех или иных отдельных особенностей морских животных и рыб вряд ли можно добиться коренного усовершенствования существующих сегодня технических устройств. Многие биологические объекты — это модели чрезвычайно сложных явлений, объяснить которые до конца современная наука еще не в состоянии. Познать физическую теорию этих явлений для последующей технической реализации закономерностей живого подводного мира — вот основная задача гидробионики.