Книжная полка Сохранить
Размер шрифта:
А
А
А
|  Шрифт:
Arial
Times
|  Интервал:
Стандартный
Средний
Большой
|  Цвет сайта:
Ц
Ц
Ц
Ц
Ц

Аппараты с машущими движителями и их природные аналоги

Покупка
Основная коллекция
Артикул: 694932.01.99
В первой части книги изложены результаты исследований в области машущих движителей, аналогами которых являются природные объекты - аэробионты (птицы и насекомые), а также гидробионты (рыбы, китообразные, пингвины и жуки-плавунцы). Рассматриваются принципы действия и теоретические основы машущих движителей. Разработана механическая модель быстромашущего движителя "Автомат супинации". Проведён кинематический анализ этого механизма, который может быть использован в качестве привода быстромашущих крыльев на беспилотных летательных аппаратах. На основе проведённых экспериментов создана физическая модель отрывных вихревых течений, возникающих около машущих крыльев и плавников при их ускоренном перемещении на закритических углах атаки. Разработаны расчётные схемы, а также методики для проведения расчётов тяги и мощности быстромашущих движителей природных аналогов и летательного аппарата. Компьютерное моделирование позволило провести исследование векторных полей ускорений и скоростей течений в пограничном слое быстромашущих крыльев насекомых и энтомоптера. Разработаны действующие механические модели аппаратов с машущими движителями. Представлены технические облики беспилотных летательного и подводных аппаратов, а также судов с машущими движителями. Во второй части учёными-биологами представлены доступные сведения об эволюции, морфологии и анатомии аэро- и гидробионтов: насекомых, птиц, рыб и китообразных. Знакомство со строением и работой органов движения в сплошной среде (крыльев, плавников и пр.) позволяет ближе подойти к пониманию закономерностей машущих движений и обогащает труд конструктора новыми решениями. Для учёных, конструкторов, инженеров, изобретателей при разработке летательных и подводных аппаратов с машущими движителями.
Аппараты с машущими движителями и их природные аналоги: Монография / Ахмедов Т.Х., Бродский А.К., Галанин И.Ф. - Вологда:Инфра-Инженерия, 2018. - 360 с.: ISBN 978-5-9729-0244-6. - Текст : электронный. - URL: https://znanium.com/catalog/product/989090 (дата обращения: 29.03.2024). – Режим доступа: по подписке.
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов. Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в ридер.

Т. X. Ахмедов, А. К. Бродский, И. Ф. Галанин, Р. М. Зелеев







АППАРАТЫ С МАШУЩИМИ ДВИЖИТЕЛЯМИ И ИХ ПРИРОДНЫЕ АНАЛОГИ

Монография


















Инфра-Инженерия Москва - Вологда 2018

УДК 533.6
ББК 39.54
    А 95


ФЗ №436-Ф3

Издание не подлежит маркировке в соответствии сп.1ч.2 ст. 1

Рецензенты:
заслуженный деятель науки и техники Республики Татарстан,
доктор технических наук, профессор С. А. Михайлов;
заслуженный работник высшей школы Российской Федерации, доктор физико-математических наук, профессор В.А. Самсонов.
доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник ЗИН РАН В.А. Кривохатский.


      Ахмедов Т. X., Бродскии А. К., Галанин И. Ф., Зелеев Р. М.
А 95 Аппараты с машущими движителями и их природные аналоги.
      Монография / Т. X. Ахмедов, А. К. Бродский, И. Ф. Галанин,
      Р. М. Зелеев. - М.: Инфра-Инженерия, 2018.-360 с.
ISBN 978-5-9729-0244-6

      В первой части книги изложены результаты исследований в области машущих движителей, аналогами которых являются природные объекты - аэробионты (птицы и насекомые), а также гидробионты (рыбы, китообразные, пингвины и жуки-плавунцы).
      Рассматриваются принципы действия и теоретические основы машущих движителей. Разработана механическая модель быстромашущего движителя «Автомат супинации». Проведён кинематический анализ этого механизма, который может быть использован в качестве привода быстромашущих крыльев на беспилотных летательных аппаратах. На основе проведённых экспериментов создана физическая модель отрывных вихревых течений, возникающих около машущих крыльев и плавников при их ускоренном перемещении на закритических углах атаки. Разработаны расчётные схемы, а также методики для проведения расчётов тяги и мощности быстромашущих движителей природных аналогов и летательного аппарата.
      Компьютерное моделирование позволило провести исследование векторных полей ускорений и скоростей течений в пограничном слое быстромашущих крыльев насекомых и энтомоптера.
      Разработаны действующие механические модели аппаратов с машущими движителями. Представлены технические облики беспилотных летательного и подводных аппаратов, а также судов с машущими движителями.
      Во второй части учёными-биологами представлены доступные сведения об эволюции, морфологии и анатомии аэро- и гидробионтов: насекомых, птиц, рыб и китообразных. Знакомство со строением и работой органов движения в сплошной среде (крыльев, плавников и пр.) позволяет ближе подойти к пониманию закономерностей машущих движений и обогащает труд конструктора новыми решениями.
      Для учёных, конструкторов, инженеров, изобретателей при разработке летательных и подводных аппаратов с машущими движителями.

    © Ахмедов Т. X., Бродскии А. К., Галанин И. Ф., Зелеев Р. М., авторы, 2018
© Издательство «Инфра-Инженерия», 2018

ISBN 978-5-9729-0244-6

ОГЛАВЛЕНИЕ

  Предисловие.................................................6
  Часть 1. Летательные и подводные аппараты с машущими движителями.................................... 11
  Словарь терминов.......................................... 11
  Введение.................................................. 12
  Глава 1.1. Обзор теоретических и экспериментальных исследований машущих движителей аэробионтов............... 14
    1.1.1. УравнениеЭйлера,интегралы БернуллииЛагранжа...... 15
    1.1.2. Движение тела в идеальной жидкости, присоединённая масса... 16
    1.1.3. Отрывные течения, теория струй................... 19
    1.1.4. Математическое моделирование вихревых структур при отрывном обтекании профилей..............................22
    1.1.5. Теория машущего движителя В.В. Голубева, основное уравнение машущего движителя....................26
    1.6. Механическая модель быстромашущего движителя аэробионтов....................................36
    1.1.7. Результаты экспериментальных исследований кинематики машущего крыла насекомого из отряда двукрылых,
    полученныеВ. Нахтигалем................................. 38
    1.1.8. Компьютерное моделирование винта вертолёта с использованием численного метода дискретных вихрей.....44
  Глава 1.2. Обзор теоретических и экспериментальных исследований машущихдвижителейгидробионтов............................. 52
    1.2.1. Китообразные и рыбы...............................52
    1.2.2. Волнообразный способ плавания животных. Волновой движитель.......................................56
    1.2.3. Теоретические исследованияволновогодвижителя......50
    1.2.4. Квазистационарная теория машущего плавникового движителя.................................. 59
    1.2.5. Экспериментальные исследования машущего крыла.... 62
    1.2.6. Класссификация способов плавания гидробионтов с учётом направления движения их плавников....................... 63
  Глава 1.3. Машущие движители летательных аппаратов
  и их природных аналогов. Классификация движителей аэро-игидробионтов........................................ 68
    1.3.1. Летательные аппараты с машущими крыльями......... 68
    1.3.2. Летательный аппарат природных аналогов с быстромашущими крыльями............................... 74
    1.3.3 Классификация движителей аэро- и гидробионтов..... 79
  Глава 1.4. Механическая модель быстромашущего движителяля.. 88
    1.4.1. Кинематическая схема наклонно-махового способа маховых движений крыла аэробионта............................... 88

3

ОГЛАВЛЕНИЕ

   1.4.2. Механическая модель быстромашущего движителя «Автомат супинации»..............................89
   1.4.3. Кинематические параметры цепи зубчатое колесо-водило...91
   1.4.4. Кинематические параметры цепи водило-ступица........92
   1.4.5. Соотношение кинематических параметров автомата супинации в I фазе маховых движений крыла..................94
   1.4.6. Соотношение кинематических параметров автомата супинации во II фазе маховых движений крыла................96
   1.4.7. Соотношение кинематических параметров автомата супинации в III фазе маховых движений крыла................98
   1.4.8. Соотношение кинематических параметров автомата супинации в IV фазе маховых движений крыла................100
   1.4.9. Определение линейных и угловых скоростей и ускорений звеньев автомата супинации......................102
   1.4.10. Алгоритм расчета кинематических параметров автомата супинации........................................103
   Алгоритм 1.1. Расчет кинематических параметров автомата супинции.........................................106
 Глава 1.5. Аэродинамика отрывных течений при ускоренных движениях машущих крыльев...................................112
   1.5.1. Схемы образования вихрей и течений при ускоренном движении крыльев с различными углами атаки................112
   1.5.2. Расчёт эквивалентной тяги и мощности быстромашущего движителя аэробионта, функционирующего в режиме висения.......123
   1.5.3. Расчет тяги и мощности быстромашущих движителей летательных аппаратов, функционирующих в режиме висения.......129
 Глава 1.6. Расчёт кинематических параметров пограничного слоя быстромашущего крыла........................................137
   1.6.1. Физическая модель, уравнения движения, расчётные схемы.137
   1.6.2. Результатымоделирования. Особенноститечения в пограничном слое быстромашущих крыльев..................141
   1.6.3. Углы отклонения относительных скоростей частиц
   воздуха в пограничном слое крыла комара при его махово-супинационном движении.............................151
   1.6.4. Компьютерное моделирование векторных полей ускорений на поверхности и в пограничном слое быстромашущего крыла......157
   1.6.5. Компьютерное моделирование векторных полей скоростей, возникающих в пограничном слое быстромашущего крыла.......164
 Глава 1.7. Технические модели, летательные и подводные аппараты смашущимидвижителями....................................... 168
 Глава 1.8. Машущие ветряные и водяные двигатели.................180

4

ОГЛАВЛЕНИЕ

  Заключение.................................................186
  Литература.................................................193

  Часть 2. Природные аналоги летательных и подводных аппаратов с машущими движителями...............198
  Словарьтерминов............................................198
  Введение...................................................200
  Глава 2.1. Эволюция аэро- и гидробионтов (Р.М. Зелеев).....202
    2.1.1. Геохронология и развитие способов локомоции.......202
    2.1.2. Особенности эволюционных процессов развития аэробионтов.....................................204
    2.1.3. Эволюциялетательных аппаратов аэробионтов (Т.Х. Ахмедов, И.Ф. Галанин).............................235
    2.1.4. Эволюция гидробионтов (И.Ф. Галанин)..............240
    2.1.5. Завоевание воздушной среды и машущие движители (А.К. Бродский)..........................................244
  Глава 2.2. Биомеханика и полёт позвоночных (И.Ф. Галанин)..247
    2.2.1. Полет птиц........................................247
    2.2.2. Строение крыла птицы..............................256
    2.2.3 Строение хвоста птицы..............................268
    2.2.4. Полет в других группах позвоночных................269
    2.2.5. Особенности кинематики маховых движений крыльев птиц (Т.Х. Ахмедов)..............................277
  Глава 2.3. Устройство и работа крылового аппарата насекомых (А.К. Бродский)..................................279
    2.3.1. Строение крылового аппарата насекомых.............279
    2.3.2. Особенности функционирования крылового аппарата насекомых.......................................288
    2.3.3. Увеличение частоты взмаха крыльев.................297
  Глава 2.4. Морфофункциональные особенности водной локомоции рыб (И.Ф. Галанин)...............................303
    2.4.1 Форма тела.........................................303
    2.4.2. Плавники..........................................305
    2.4.3. Покровы...........................................318
    2.4.4. Скелет и мускулатура..............................323
    2.4.5. Особенности гидродинамики рыб (Т.Х. Ахмедов)......330
  Глава 2.5. Локомоторные особенности китообразных (И.Ф. Галанин, Т.Х. Ахмедов)...............................333
  Заключение.................................................346
  Литература.................................................348
  Послесловие................................................358

5

ПРЕДИСЛОВИЕ

ПРЕДИСЛОВИЕ

   Задолго до появления человека на Земле в воздухе и в воде уже существовали живые существа - птицы, насекомые, рыбы, китообразные. Для перемещения в пространстве у них были машущие движители, которые, развиваясь в ходе длительной эволюции, впоследствии достигли высокой степени совершенства и стали объектом глубоких теоретических исследований для учёных, а также для экспериментаторов и изобретателей.
   Первые сведения о попытках полёта человека с машущими крыльями историки относят к трудам Леонардо да Винчи [Леонардо да Винчи, 1955]. Попытки создания летательных аппаратов и моделей с машущими крыльями продолжаются и в настоящее время.
   За последние два столетия проведён также большой объём теоретических исследований. Краткий перечень учёных и их публикаций на эту тему выглядит следующим образом.
   Начиная с известных трудов нашего соотечественника профессора Н.Е. Жуковского, проведены обширные фундаментальные исследования в области теории крыла [Жуковский Н.Е., 1948].
   Исследования по теории машущего крыла были проведены профессором Московского университета В.В. Голубевым. Им была разработана математическая модель для вычисления силы тяги машущим крылом. Результаты исследований по колеблющемуся с большой амплитудой крылу были изложены в его трудах, опубликованных в 1942-1957 гг. [Голубев В.В., 1957].
   Важным этапом при проведении теоретических работ было изучение аэродинамических эффектов вибрирующего крыла. В ЦАГИ им. Н.Е. Жуковского академиками АН СССР М.В. Келдышем и М.А. Лаврентьевым были проведены исследования применительно к проблеме флаттера крыла [Келдыш М.В., 1985].
   М.А. Лаврентьевым была предложена идея плоских сечений к расчёту сил, действующих на колеблющееся тело удлинённого водного животного. На её основе членом-корр. АН СССР Г.В. Логвиновичем была разработана одна из математических моделей. Им были получены формулы для вычисления тянущей силы, мощности, затрачиваемой на формирование тянущей силы, гидродинамического коэффициента полезного действия хвостового плавника рыбы [Козлов, Л.Ф., 1983].
   Известны монографии по биологической гидродинамике Л.Ф. Козлова [Л.Ф. Козлов, 1983] и С.В. Першина [С.В. Першин, 1988].
   Представляют интерес также труды отечественных учёных биологов - Н.А. Холодковского, Г.Я. Бей-Биенко, А.В. Мартынова, Б.Н. Шванвича, Б.Б. Роден-дорфа, Ю.Г. Алеева, В.Л. Свидерского, А.К. Бродского, Н.В. Кокшайского.
   Большой вклад в теорию машущих движителей внесён зарубежными учёными: Д. Бетчелором, Д. Принглом, Т. Вейс-Фо, А. Александером, Н. Нахти-галем, Д. Греем, М. Лайтхиллом, Т. Ву, А. Маньяном, Т. Карманом.

6

ПРЕДИСЛОВИЕ

    В Советском Союзе теоретические и экспериментальные исследования в области биогидродинамики проводились в Институте эволюционной морфологии и экологии животных им. А.Н. Северцова АН СССР, а также в Институте гидромеханики АН УССР. Издавался научный журнал «Бионика», АН УССР.
    Перечисленные факты свидетельствуют о масштабе проводившихся в СССР и за рубежом теоретических и экспериментальных исследований. Поэтому не случайно следующее высказывание о проблемах, с которыми столкнулись учёные при изучении аэродинамики машущего крыла: «ведутся исследования полёта насекомых и как чисто академическая тема» [Часть I, Кокшайский Н.В., 1974]. Однако, несмотря даже на государственное финансирование, не были созданы не только летательные и подводные аппараты с машущими движителями, но даже удачные варианты механических самоходных моделей. Поэтому интерес к этим проблемам начал угасать. В нашей стране этот процесс усилился с развалом СССР и бедственным положением, в котором оказалась отечественная наука. Острота проблемы снизилась также за рубежом. Связано это было с увеличением более чем на порядок мощностей двигателей для авиации и судостроения, что позволило, впоследствии создать крупные скоростные летательные аппараты и подводные суда.
    Однако с появлением беспилотных летательных и подводных аппаратов интерес к машущим движителям возродился. Тема эта вновь стала актуальной. Тем более что по таким параметрам, как габариты, массы, скорости полёта и плавания, летательные и подводные аппараты и их природные аналоги сблизились.
    Но неудачи прошлых лет продолжаются. Причины заключаются в том, что, исследования ранее проводились по узким частным направлениям; а экспериментальные аппараты по-прежнему разрабатывались и создаются методом проб и ошибок.
    В монографии [Ахмедов Т.Х., 2014] использован другой метод.
    Были созданы механические модели, принцип действия движителей которых был подобен принципу действия движителей их природных аналогов. Это подобие достигалось схожестью течений (в том числе и вихревых) около крыльев и плавников механических моделей и их природных аналогов с помощью механизмов-приводов, которые воспроизводили кинематику крыльев и плавников моделей аналогично их природным аналогам.
    Дальнейшие исследования в области машущих движителей трудно представить без учёта тех теоретических исследований, которые были проведены отечественными и зарубежными учёными (в том числе действительными членами и членами-корреспондентами академий наук) в предыдущие годы в области аэрогидродинамики.
     Следует отметить также тот факт, что за прошедшие десятилетия произошли существенные изменения в вычислительной технике. Появились компьютеры, а вместе с ними и численные методы моделирования сложных процессов. Нанотехнологии способствовали появлению прочных лёгких материалов. Поэтому процессы создания летательных аппаратов с машущими

7

ПРЕДИСЛОВИЕ

   движителями могут быть подобны тем событиям, которые произошли прежде в авиации при переходе к использованию алюминия вместо дерева.
   Таким образом, учитывая разнообразие животных с машущими крыльями и плавниками; большой объём проведённых в прошлом и предстоящих в будущем теоретических и экспериментальных работ по механике и аэрогидродинамике машущих движителей; глубину исследований морфологических, анатомических, физиологических, биохимических особенностей летающих и плавающих животных; а также перспективы создания принципиально новых аппаратов с машущими движителями - представляется возможным формулирование в перечне разделов прикладной науки бионики нового раздела «Механика, аэрогидродинамика летательных и подводных аппаратов с машущими движителями и их природных аналогов».
   В итоге, «секреты» машущих движителей природных аналогов следует считать рассекреченными. Наука об аэро- и гидробионтах становится открытой книгой. В перспективе дорога к летательным и подводным аппаратам с машущими движителями открыта.

   Монография состоит из 2 частей:
   Часть 1. ЛЕТАТЕЛЬНЫЕ И ПОДВОДНЫЕ АППАРАТЫ С МАШУЩИМИ ДВИЖИТЕЛЯМИ (Т.Х. Ахмедов). В этой части изложены следующие материалы:
   •    проведён обзор публикаций теоретических и экспериментальных исследований машущих движителей аэро- и гидробионтов;
   •    рассматривается принципиально новый механизм «Автомат супинации», созданный на основе аксиллярного аппарата быстромашущих насекомых из отрядов двукрылых и перепончатокрылых, проведён кинематический анализ этого механизма, который может быть использован в качестве привода быстромашущих крыльев на беспилотных летательных аппаратах;
   •    впервые в истории отечественной и зарубежной науки на основе визуализации рассматривается аэрогидродинамика отрывных вихревых течений при ускоренных движениях машущих крыльев и плавников на закритических углах атаки в импульсном режиме;
   •    разработана методика расчёта тяги и мощности быстромашущего движителя, установлено, что зависимость тяги движителя от частоты маховых движений крыльев носит квадратичный характер, а мощность - кубический;
   •    рассматривается новая классификация способов плавания и полёта аэро- и гидробионтов;
   •    разработана методика визуализации течений и расчёта кинематических параметров пограничного слоя быстромашущего крыла;
   •    даны описания технических моделей летательных и подводных аппаратов с машущими движителями, машущие ветряные и водяные двигатели.
   Представлен технический облик возможных перспективных летательных и подводных аппаратов с машущими движителями, изображённых на рисунках: Часть1рис. 1.7.1, 1.7.2,рис. 1.7.3;рис. 1.7.5;рис. 17.6;рис. 1.7.7.

8

ПРЕДИСЛОВИЕ

    Получены авторские свидетельства и патенты на полезные модели:
            Авт. свид. СССР 800028, приоритет: 16.04.79.
            Авт. свид. СССР 880881. приоритет: 14.01.80.
            Авт. свид. СССР 1.253.020, приоритет 23.03. 84.
            ПатентКи43532 наполезнуюмодель приоритет: 16.08.2004.
            Патент RU 45363 на полезную модель приоритет: 23.11.2004.
            ПатентКи45980наполезнуюмодель приоритет: 10.12.2004.
            Патент RU 71106 на полезную модель , приоритет: 17.09.2007.


    Часть 2. ПРИРОДНЫЕ АНАЛОГИ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ И ПОДВОДНЫХ АППАРАТОВ С МАШУЩИМИ ДВИЖИТЕЛЯМИ.
    Глава 2.1 Эволюция аэро- и гидробионтов (Р.М. Зелеев).
    Рассмотрены основные этапы эволюции локомоции в соответствии с современными представлениями геохронологии. На примере крылатых насекомых показано присутствие морфологически совершенных форм с самого начала их эволюции. Обосновывается вывод о закономерных изменениях возможностей их полёта, спровоцированных перестройками экосистем. Рассматриваются также типы крыловых аппаратов с точки зрения времени их появления, выраженности у разных групп насекомых и возможностей взаимных переходов. Представлены рефрены жилкования и вариантов взаимопревращений формы крыла насекомых, позволяющие приблизиться к пониманию закономерностей их формообразования. Сформулированы представления о направлениях и этапах эволюции аксиллярных аппаратов и принципы, которые могут быть положены в основу для целенаправленных разработок беспилотных летающих аппаратов на основе идеи энтомоптера. Отдельным параграфом выделены этапы эволюции гидробионтов из позвоночных животных от рыбообразных форм до птиц и млекопитающих, что также демонстрирует общие закономерности оптимизации локомоции в условиях действия законов гидродинамики.
    Глава 2.2. Биомеханика и полёт позвоночных (И.Ф. Галанин).
    В главе рассматриваются самые крупные активно летающие животные -позвоночные. Данные сведения имеют особый интерес, поскольку эти животные должны были решить проблемы, пренебрегаемые существами с малой массой (сопротивление воздуха, развитие подьемной силы и т.д.). Птицам, как наиболее эффективно летающим животным, в главе отведено ключевое место. Вместе с птицами рассмотрены и другие летающие позвоночные. Приводится краткий очерк организации птиц с особым акцентом на полетные адаптации. Разобрано строение перьев, скелета и вопросы энергетики полета. Поскольку особое значение имеет устройство крыла, рассмотрены его скелет и вариации в зависимости от режима полета. Затронуты уникальные механизмы управления пограничным слоем крыла путем его сдува и отсоса. Отражено строение и многообразие хвоста.
    Глава 2.3. Устройство и работа крылового аппарата насекомых (А.К. Бродский).

9

ПРЕДИСЛОВИЕ

   В главе рассматриваются основные черты строения и функционирования крылового аппарата насекомых: крыльев, мускулатуры крылоносных сегментов, сцепочного механизма крыльев с грудью. Показано своеобразие механизма приведения крыльев в движение. Особое внимание уделено кинематике крыловых движений, а также сделана попытка объяснить природу сил, возникающих при взмахах крыльев, с позиции квазистационарного подхода. Рассмотрены механизмы, обеспечивающие высокую частоту взмахов крыльев. Показано, что полёт насекомых, возникший как машущий, послужил основой для освоения широкого спектра различных режимов полёта. Впервые в истории отечественной и зарубежной науки, на основе экспериментов по визуализации следа за летящим насекомым, показана роль вихрей при изучении аэродинамических процессов, происходящих около машущих крыльев во время полёта насекомых. Математически эти явления были описаны В.В. Голубевым в его теории машущего крыла [Часть 1, 1.1.5].
   Глава 2.4. Морфофункциональные особенности водной локомоции рыб (И.Ф. Галанин).
   В главе рассмотрено телосложение рыб как первичноводных животных. Приведена классификация формы тела рыб, согласно которой, их особенности далеко не всегда обусловлены лишь с гидродинамической оптимизацией движения. Отдельно даны основные черты оптимизации формы тела при скоростной локомоции. Значительная доля внимания уделена специальным органам водного перемещения рыб - плавникам. Их строение и вариации разобраны в связи с историческим и индивидуальным развитием. Показано, что дифференциация непарных плавников, особенно хвостового, сопряжена с переходом от классической ундуляции к скомброидному её варианту и увеличением скорости локомоции. В главе отражено функциональное значение плавников в зависимости от их положения, строения, характера подвижности. Поскольку эффективное водное перемещение неразрывно связано со строением покровов, разобрано строение кожи, желез и твердых образований, как элементов, воздействующих на пограничный слой. Характер подвижности рыб во многом и с особенностями строения других частей опорнодвигательной системы. Показано строение скелетных элементов, в первую очередь важного при ундуляции осевого скелета, и метамерной мускулатуры.
   Глава 2.5 Локомоторные особенности китообразных (И.Ф. Галанин).
   Дан краткий очерк организации китообразных как специализированной группы высокоорганизованных вторичноводных животных. Также как и у рыб рассматриваются особенности формы тела и вторичное возникновение плавников. Особое внимание уделено ключевым адаптациям к скоростному передвижению у самых быстрых представителей группы - дельфинов. Это управляемые демпферные свойства покровов и автоматически изменяемая жесткость плавников, особенно хвостового. Последний рассматривается как аналогичная рыбам структура с совершенно иными принципами организации. Эти сведения могут быть использованы при проектировании подводных аппаратов с машущими движителями.

10

ЧАСТЬ 1. СЛОВАРЬ ТЕРМИНОВ

Часть 1. ЛЕТАТЕЛЬНЫЕ И ПОДВОДНЫЕ АППАРАТЫ С МАШУЩИМИ ДВИЖИТЕЛЯМИ (Т.Х. Ахмедов)




СЛОВАРЬ ТЕРМИНОВ


    Автомат супинации - механизм, обеспечивающий махово-супинацион-ные движения машущих крыльев.
    Аэробионты - живые летающие существа (птицы, насекомые).
    БЛА - беспилотные летательные аппараты.
    Быстромашущие и медленномашущие движители аэробионтов и летательных аппаратов, которые отличаются кинематикой и относительными частотами маховых движений крыльев.
    Вентилируемый объем - та часть трехмерного пространства, через которую протекает воздух в фазе махово-супинационного движения крыла с ос-редненной индуктивной скоростью.
    Взмах - вращательное движение крыла при его поднятии.
    Импульсное поступательное центробежное течение (ИПЦ-течение) -импульсное течение, возникающее в фазе махово-супинационного движения машущего крыла.
    Мах - вращательное движение крыла при его опускании.
    Наклонно-маховый способ совершения движений крыльями в наклонной плоскости - способ, при котором в фазе маха, опускаясь и супинируя, крылья перемещаются сзади - сверху вперёд - вниз. Используется аэробионтами преимущественно при перемещениях в вертикальном направлении, зависании, приземлении.
    Поперечно-маховый способ совершения маховых движений - способ создания тяги, при котором крылья в фазе маха, опускаясь спереди - сверху, пронируют и отводятся назад. Используется аэро- и гидробионтами преимущественно при перемещениях в горизонтальном направлении.
    Пронация - вращательное движение крыла относительно его задней кромки против часовой стрелки во время опускания крыла.
    Супинация - вращательное движение крыла относительно его продольной оси по часовой стрелке во время опускания крыла.



11

ЧАСТЬ 1. ВВЕДЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

     Современные транспортные средства: воздушные, наземные и морские - достигли высокой степени совершенства. В то же время живые организмы - аэро- и гидробионты остаются объектом глубоких теоретических исследований для учёных, а также для экспериментаторов и изобретателей. Объясняется это тем, что в авиации в последние два десятилетия произошли существенные изменения - появились беспилотные летательные аппараты (БЛА).
     К настоящему времени, несмотря на многократные попытки, не созданы летательные аппараты, удачно сочетающие в себе достоинства вертолета и самолета: экономичные вертикальный взлет и посадку, маневренность, большие дальность и скорость полета. Поскольку эта задача не решена ни с помощью воздушного винта, ни с помощью реактивного двигателя, остается еще одна возможность - установка на летательные аппараты быстромашущих движителей, аналогами которых могут стать природные объекты.
     Существует также задача патрулирования обширных морских территорий с помощью экономичных беспилотных подводных аппаратов.
     В связи с этим по-прежнему актуально изучение принципа действия машущих движителей природных аналогов для использования его в технических устройствах.
     Цель проведённых исследований заключалась в решении научной задачи: раскрытие сущности физических, аэродинамических и механических процессов, характеризующих принципы действия движителей природных аналогов для использования их в движителях летательных и подводных аппаратов различного назначения.
     В качестве природных аналогов для проведения исследований выбраны: аэробионты - птицы, быстромашущие насекомые из отрядов перепончатокрылых и двукрылых, гидробионты - рыбы, китообразные, пингвины.
     В монографии рассматриваются вопросы, связанные с механикой машущих движителей, моделированием аэро- и гидродинамических процессов, расчётом тяги и мощности быстромашущего движителя для беспилотного летательного аппарата. Представлены технические модели и аппараты с машущими движителями, а также машущие ветряные и водяные двигатели.
     Изложены следующие материалы проведенных исследований:
     •    обзор теоретических и экспериментальных исследований машущих движителей аэробионтов;

12

ЧАСТЬ 1. ВВЕДЕНИЕ

      •    обзор теоретических и экспериментальных исследований машущих движителей гидробионтов;
      •    машущие движители летательных аппаратов и их природные аналоги;
      •    движители аэробионтов, их классификация. Механическая модель быстромашущего движителя;
      •    аэродинамика отрывных течений при ускоренных движениях машущих крыльев;
      •    расчёт кинематических параметров пограничного слоя быстромашущего крыла;
      •    технические модели, летательные и подводные аппараты с машущими движителями;
      •   машущие ветряные и водяные двигатели.

      Считаю своим долгом выразить благодарность:
      Пономарёвой А.С. за помощь, оказанную при разработке компьютерной модели пограничного слоя на поверхности быстромашущего крыла, Кочетову А.С. за помощь, оказанную при обсуждении и оформлении заявок на изобретения и полезные модели.


13