ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы От редактора перевода из "Биогидродинамика плавания и полета " В настоящее время за рубежом проводятся комплексные экспериментально-теоретические исследования гидродинамики плавания и полета живых существ во всем диапазоне размеров, начиная от микроорганизмов и кончая крупными морскими животными — рыбами и китами. С зоологами в этих исследованиях активно сотрудничают специалисты по гидродинамике, в том числе такие известные, как Дж. Лайтхилл и Т. Ву. Внешней биогидродинамке полностью или частично посвящен ряд монографий, обзорных статей и симпозиумов. [c.5] Данный сборник составляют переводы избранных статей из трудов Симпозиумов по плаванию и полету (Калифорнийский типологический институт, 1974 г.) и по масштабным эффектам при движении животных (Кембриджский университет, 1975 г.). Переводы этих статей призваны отразить гидродинамическую сторону исследований по биогидродинамике. При выборе материала мы вовсе не стремились полностью исчерпать предмет, а пытались отразить реальное разнообразие проблем, методов и подходов, существующих в литературе. [c.6] Работа Т. By посвящена анализу гидродинамического подобия при движении двух групп живых существ, обитающих в водной среде,— жгутиковых и ресничных микроорганизмов и крупных морских животных. Иными словами, речь идет о движении при очень малых или очень больших числах Рейнольдса. Экспериментальный материал по скоростям движения и энергозатратам животных проанализирован здесь с позиций гидродинамической теории. Существенный интерес представляет то обстоятельство, что сопоставление теории и эмпирических законов подобия для скоростей движения рыб при различных уровнях активности позволяет сделать определенные заключения о характере обтекания тела рыбы, совершающей волнообразные движения. В частности, эти данные указывают на существенное затягивание перехода ламинар ного пограничного слоя на теле рыбы в турбулентный. [c.6] Можно надеяться, что сборник будет полезен специалистам по механике и бионике, инженерам, студентам и аспирантам соответствующих специальностей, а также широкому кругу читателей, интересующихся биологическими проблемами. [c.8] В лекции или курсе лекций по летательным аппаратам равное или примерно равное внимание было бы уделено аэродинамике, конструкции аппарата и двигателям. В то же время в лекциях по аэродинамике летательных аппаратов основное внимание было бы уделено аэродинамическим вопросам лишь с упоминанием основных элементарных сведений о том, какие ограничения возникают в связи с конструкцией аппарата и возможностями двигателей. Так и в этой лекции, посвя-шенной аэродинамическим аспектам полета животных, основное внимание будет сконцентрировано на аэродинамических силах и обусловленных ими динамических взаимодействиях между движениями животного относительно воздуха и соответствующими движениями воздуха. В лекции лишь кратко упоминаются принципиальные ограничения, налагаемые прочностью и жесткостью скелета животного и иными конструктивными соображениями , а также двигательные возможности мышечного аппарата и метаболизма животного. Равным образом в ней дается лишь весьма сжатое описание (см. раздел Эволюция ) фундаментальных с биологической точки зрения вопросов о том, как под влиянием создаваемых внешней средой новых требований и возможностей выработались системы полета животных. [c.9] В таком распределении материала лекция близко следует предшествующим гидродинамическим обзорам автора по движению водных животных [22—24]. Очевидно, имеются черты сходства, и в динамических задачах, относящихся к плаванию животных в воде и полету животных в воздухе, и там, где это уместно, будет сделана попытка провести некоторые сопоставления этих движений. [c.9] Первые достижения на пути эволюции передвижения животных относятся, конечно, к передвижению в воде по многочисленным окаменелостям можно проследить эволюцию морских животных на протяжении по крайней мере 6-10 лет, приблизительно с начала кембрийского периода и до настоящего времени. В противоположность этому то, что можно было бы назвать завоеванием воздуха летающими животными,— событие значительно более недавнее, нежели возникновение плавания. [c.10] ЖИВОТНЫХ с расчлененным внешним скелетом. Прекрасное описание некоторых процессов эволюции полета дано Смартом и Хьюзом [36], диаграмма которых воспроизведена здесь на рис. 1. [c.11] Смарт и Хьюз [36] связывают явление развития полета насекомых в весьма разнообразных формах в течение первой половины каменноугольного периода с появлением в то время в изобилии высоких наземных растений, образовавших густые леса , остатки которых, спрессовавшись, превратились в пласты угля. Формы растительной жизни в каменноугольном периоде сильно отличались от типичной для третичной эпохи покрытосемянной (цветковой) растительности. Однако тогда существовали деревья высотой до 30 м плауны, каламиты и древние голосемянные, в том числе и деревья с развитыми листовыми пластинками, и многие другие источники пищи для ползающих насекомых. Таковы условия, которые могли благоприятствовать развитию аэродинамических поверхностей, первоначально для того, чтобы способствовать рассеянию в горизонтальном направлении посредством планирования с высоты, В дальнейшем преимущества в расселении и отыскании пищи могли нарастать благодаря последовательному развитию суставов на этих поверхностях через ряд стадий вплоть до появления непрерывного крылатого полета. [c.11] Тем временем за завоеванием воздуха насекомыми последовал ряд независимых достижений в области непрерывного полета других групп животных. Рептилии, развившиеся из амфибий, позднее достигли поразительного расцвета в юрский и меловой периоды (примерно от 2-10 до ЫО лет тому назад), когда в их числе была обширная группа летающих животных — птерозавров. Затем независимо искусством непрерывного полета овладели птицы (опять-таки развившиеся из бескрылых форм). В другом классе позвоночных — млекопитающих — еще позднее, примерно 0,5-10 лет тому назад, появились СЫгор1ега, или летучие мыши, — весьма большой отряд млекопитающих, многие из которых первоклассные летуны. [c.12] Эта лекция в последующем будет почти полностью посвящена насекомым, птицам и летучим мышам. Я не буду пытаться описать полет вымерших животных, для которого обычно нет как раз тех данных, которые могли бы представить наибольший аэродинамический интерес. Далее я только кратко упомяну о различных группах позвоночных, которые лишь частично продвинулись по пути к непрерывному полету. [c.12] К ним относятся представители трех отрядов млекопитающих, не считая летучих мышей. Так, например, к сумчатым относятся летающая сахарная белка и летающий опоссум 5с1101П0Ьа1е5 Уо1апз, изображенные на рис. 2. Аэродинамические поверхности, натянутые между конечностями, позволяют им посредством пассивного планирования с дерева на дерево достигать примерно тех же преимуществ, которые получали насекомые на первичной стадии планирования в процессе эволюции их способности к полету. [c.12] На рис. 3 показан другой, весьма удивительный тип развития аэродинамических поверхностей из отростков ребер. [c.12] Вернуться к основной статье