Как птицы создают тягу?

Крылья птиц не просто взмахивают вверх и вниз. Они наклоняют свои тела, чтобы изменить угол атаки своих крыльев, тем самым создавая компонент тяги или сопротивления, в зависимости от того, замедляются они или взлетают. Это можно проиллюстрировать соответствующими диаграммами сила-тело:

Снимать

Медленный полет

Крейсерский полет

Подход

Есть и другой способ взглянуть на это.

Предположим, что движение тела птицы примерно по синусоиде в вертикальной плоскости — изгибается вверх, затем вниз, затем вверх, затем вниз, так что сначала оно испытывает ускорение вверх, затем вниз и т. д. Все это накладывается на ускорение свободного падения.

Когда он находится в нижней части кривой и испытывает восходящее ускорение, он может махать крыльями вниз, поднимая свое тело против этого ускорения и выполняя работу. В верхней части следующей кривой он может поднять крылья, возможно, также совершая работу. Чистый эффект заключается в том, что в цикле вверх/вниз его крылья совершали работу, превращаясь в кинетическую энергию.

Вы можете имитировать это, повесив качающийся груз на веревке на краю стола. Когда вес проходит через центр, укоротите струну. Когда он окажется на любом конце качания, удлините струну. Груз движется по траектории в виде восьмерки и раскачивается все сильнее и сильнее.

Я думаю, вы также можете увидеть это в том, как дети управляют школьными качелями, или в S-образном движении, используемом для движения на скейтборде.

Я думаю, что это еще один способ взглянуть на угол тангажа крыла, создающий прямую тягу.

Я считаю, что лучший способ объяснить это, как я сделал это в 5-м классе. Представьте себе летящую птицу, когда она машет крыльями вниз, воздух, который был под ее крыльями, выталкивается в воздух под птицей, это создает высокое давление внизу, поскольку молекулы воздуха сближаются и, следовательно, сталкиваются друг с другом. Теперь, когда он поднимает свои крылья обратно вверх, эти стесненные молекулы воздуха устремляются вверх, чтобы заполнить это лишнее пространство. Это внезапное движение этих молекул и создает тягу. Да, это так просто.

Как показано на рисунке, красная стрелка — это направление полета птицы, а черная стрелка — направление взмахов крыльев. Красные линии — поперечные сечения крыльев. Когда птица машет крыльями вниз, передняя кромка крыльев находится ниже задней, что обеспечивает тягу вперед.

Как показано, красная стрелка — это направление движения птицы, а красная линия — сечение крыла. Черная стрелка — направление, в котором крылья движутся вверх. Когда птица поднимает крылья вверх, передняя кромка крыльев находится высоко, а задняя — низко. Так что нет тяги вперед, а есть сопротивление назад. Поскольку крылья используют меньше силы для движения вверх, чем для движения вниз, тяга вперед больше, поэтому в совокупности крылья обеспечивают тягу вперед для птиц.