Диаграмма свободного тела для аэродинамического профиля с неподвижным крылом учитывает четыре взаимодействия: вес, тягу, подъемную силу и сопротивление. Для безмоторного аэродинамического профиля тяга равна нулю.

[ источник ]

Они примерно взаимно перпендикулярны, но не совсем:

• Сила веса всегда направлена ​​вниз.
• «Сопротивление» — это часть аэродинамического взаимодействия, антипараллельная движению в воздухе.
• «Подъемная сила» — это аэродинамическое взаимодействие, перпендикулярное движению в воздухе.
• Направление тяги (в полете с двигателем) зависит от ориентации вашего двигателя.

Если движение крыла в воздухе совершенно ровное, то подъемная сила и силы сопротивления являются вертикальными и горизонтальными, и движение с постоянной скоростью (включая движение с нулевой скоростью, например зависание) невозможно: горизонтальной силе сопротивления ничто не может противопоставить , поэтому крыло будет ускоряться в направлении сопротивления. Точно так же, если движение крыла в воздухе имеет восходящую составляющую, то горизонтальные части лобового сопротивления и подъемной силы направлены в одном направлении. Но на иллюстрации движение по воздуху имеет небольшой наклон вниз, что означает, что вектор подъемной силы имеет направленную вперед горизонтальную составляющую, которая в принципе может компенсировать горизонтальную часть сопротивления.

Пустельга «парит», скользя на очень небольшом восходящем потоке, так что ее скорость полета точно компенсирует скорость ветра.

Чайки тоже парят , и делают это стаями . Когда вы видите парящую в воздухе стаю чаек, все они смотрят в одном направлении и, как правило, парят относительно близко друг к другу. Это место, где восходящий поток самый сильный.

Три основные силы, действующие на пустельгу, показаны стрелками внизу (слева).

Есть вертикальный вес, подъемная сила от воздуха, обтекающего крылья, и сила сопротивления ветра (синяя стрелка идет немного вверх, как описано в ответе Роба).

Эти три силы должны иметь равнодействующую, равную нулю, они составляют «треугольник сил», правильная диаграмма.

(чайки тоже так делают)

Только если есть восходящий поток

Да, вы совершенно правы в том, что если бы ветер был только горизонтальным вдоль земли, то зависание было бы невозможно (без того, чтобы птица сама активно добавляла тяги).

Таким образом, во всех этих случаях птица использует очень небольшой восходящий поток , чтобы найти это неподвижное состояние.

То же самое касается этого планера. Обратите внимание, что они начинаются на краю начального спуска. Это означает, что, поскольку они сталкиваются со встречным ветром, ветер устремляется вверх по склону и, следовательно, имеет значительную вертикальную составляющую.

Следовательно, по отношению к движущейся воздушной массе птица и планер скользят вниз , но из-за восходящего движения воздуха — по отношению к земле — оно может компенсировать или — в случае планера — преодолеть нисходящее движение. движение флаера.

После этого остается только приспособить горизонтальное сопротивление таким образом, чтобы компенсировать горизонтальную составляющую скорости, и это позволяет некоторым птицам парить, казалось бы, неподвижно.

Путем очень точной прямой вариации подъемной силы и сопротивления крыльев.

Как указывают НАСА и другие ответы, на птицу действуют три основные силы. Поднимите, перетащите и вес своего тела. Проблема (управления) для птицы теперь состоит в том, чтобы сбалансировать эти три силы, что еще более усложняется, поскольку она также должна сохранять свое положение вращения, в то время как ветер быстро меняет силу и направление.

Птица может добиться этого, только напрямую изменяя подъемную силу и силы сопротивления, которые она создает своим крылом. На самом деле вы можете видеть, что на видео птица вращает крылом (чтобы создать большую подъемную силу) или слегка складывает и расправляет крылья, чтобы изменить размах крыльев (чтобы уменьшить вместе подъемную силу и сопротивление). Суть в том, что это может напрямую влиять на то, насколько велика подъемная сила и сопротивление. Если бы это было невозможно, птица либо поднялась бы вверх, либо опустилась бы вниз, либо увлеклась бы горизонтально в любом направлении. Вы можете увидеть этот точный эффект во втором редактировании, в котором вы ссылаетесь на дельтаплан, который поднимается прочь.

В качестве примечания: он также должен сохранять свое вращение, что достигается с помощью хвостовых оперений и компонентов дифференциальной подъемной силы крыла, а также дифференциального сопротивления крыльев. Это говорит о том, что это невероятный подвиг птицы — контролировать свои силы подъема и сопротивления, а также свое вращение, чтобы ее голова могла сбалансировать оставшееся движение. Это просто невероятно.

PS, возможно, этот вопрос лучше подходит для Aviation.stackexchange...

По сути, подъемная сила, создаваемая воздухом, проходящим вокруг их крыльев, не направлена ​​вверх перпендикулярно земле; вместо этого он немного наклонен вперед. Прямая составляющая этой силы оказывается точно такой же, как обратная составляющая ветра, а направленная вверх составляющая подъемной силы оказывается такой же, как сила тяжести. Все силы уравновешиваются, и птица зависает неподвижно.

Птица использует относительно простой замкнутый контур управления для удержания своего положения. Как показано на диаграммах сил, действующих на аэродинамические поверхности/самолеты, силы действуют во всех направлениях, и их конкретное значение зависит от геометрии крыла (крыльев). Животное, в свою очередь, обладает техникой перемещения во всех направлениях относительно небольшими движениями и «просто» компенсирует движение ветра.

Если вы посмотрите ваши видео, то увидите, что птицы, хотя и не хлопают в ладоши, на самом деле существенно двигают крыльями и хвостом. Это постоянно обновляет их положение и скорость относительно любой цели, которую они хотят встретить, поскольку «микроскорости» ветра вокруг птиц меняются.

Вы видите нечто подобное, скажем, в байдарках, плывущих по стоячим волнам . Они стоят неподвижно на абсолютно свирепой воде с очень небольшим усилием (все гребли, которые вы там видите, предназначены для выполнения их трюков). Немного потренировавшись, вы сможете стоять очень спокойно на волне (если она менее бурная, чем в этом примере, и вы не настолько гиперактивны, как эти люди), лишь с незначительным перемещением веса и очень редким прикосновением весла к волне. поверхность воды для торможения. В этом случае поступательная сила, компенсирующая движение воды, создается углом наклона лодки и гравитацией.

То же самое верно и для птицы, и это хорошо видно на видео. Если птице нужно двигаться вперед относительно ветра (но не к полу), она просто делает то же, что и птица, чтобы лететь вперед (т. е. немного наклоняет крылья «вниз»).

Настоящая магия для меня заключается в том, как этот маленький мозг размером с большой палец (если он вообще такой большой) управляет всей этой обработкой в ​​реальном времени. Природа в огне!