Экспериментальные исследования сил, действующих на такого рода крылья, выполнены Гольстом [Hoist е., Luftwissen, т. 10 (1943), стр. 146].

d) Небезынтересен вопрос о том, каким способом создают необходимую для движения тягу плавающие и летающие живые существа. В их распоряжении для получения тяги имеются органы, способные перемещаться только взад и вперед или вверх и вниз, но не вращаться (при помощи такого же движения перемещаются примитивные надводные суда - весельные лодки). В зависимости от того, происходит ли движение органа, создающего тягу, параллельно или перпендикулярно к направлению движения корпуса, получаются соотношения, сходные с работой гребного колеса или гребного винта. Полет птиц особенно интересен тем, что при нем и подъемная сила и тяга получаются при помощи одного и того же органа - крыльев. У больших птиц движение крыльев подобно движению весел (рис. 183). Тяга возникает потому, что движение крыльев вниз выполняется очень резко, с большой силой, движение же вверх выполняется, наоборот, пассивно и притом так, чтобы получалось возможно меньшее сопротивление. Наибольшую долю тяги дают внешние части крыльев, описывающие самый большой путь по вертикали. Коэффициент полезного действия такого рода механизма в благоприятных случаях довольно высокий. Лобовое сопротивление складывается в основном из индуктивного сопротивления и из сопротивления, обусловленного вихрями, возникающими при взмахе крыльев. Эти вихри, оси которых расположены перпендикулярно к направлению полета, при спокойных взмахах крыльев не очень интенсивны. Многие маленькие птицы обладают способностью быстро вибрировать крыльями, что позволяет им взлетать почти вертикально, а также висеть в воздухе неподвижно. Действие крыльев этих птиц сходно с действием геликоптера. Крылья при своем движении вниз широко раскрываются, и птица получает резкий толчок вперед; при обратном движении крылья прижимаются возможно ближе к телу. Принцип геликоптера еще лучше используется маленькими птичками колибри и многими насекомыми. Их крылья при движении вверх переворачиваются относительно своей продольной оси (рис. 184), благодаря чему тяга возникает при движении крыльев не только вниз, но и вверх. Это позволяет колибри и насекомым совершенно свободно парить в воздухе, двигаться не только вперед, но и назад, а также поворачиваться в полете на месте.

Водяные животные создают тягу, необходимую для движения, или при помощи органов, сходных с крыльями летающих птиц (например.

Рис. 184. Схема полета птиц, использующих свои крылья как геликоптер

ныряющие птицы Арктики и некоторые черепахи), или при помощи хвоста, действие которого основано на гибкости его тонкой поверхности. Хвост рыбы при поворотах ее тела в ту и другую сторону всегда устанавливается в таком косом относительно тела положении, что возникает сила тяги. У скатов и угрей роль хвоста играет все тело, которым при движении они извиваются подобно змее.

Своеобразный способ создания тяги наблюдается у каракатиц. Они втягивают воду внутрь своего тела, имеющего форму мешка, а затем, сильно стягивая тело, выталкивают воду назад. Таким путем, используя реакцию вытекающей струи, они движутся с довольно большой скоростью. Аналогичным образом движутся медузы, только вместо струи они выбрасывают вихревое кольцо. Заметим, кстати, что реактивный принцип движения был применен на кораблях: вода при помощи насоса засасывалась спереди и затем выталкивалась сзади. При большом расходе воды и малой скорости выталкивания коэффициент полезного действия получался весьма хорошим (§ 19). Однако такой же результат значительно проще достигается при помощи гребного винта.

Упомянем в связи с этим о пропеллере Корта, представляющем собой винтовое колесо, помещенное в самом узком поперечном сечении расширяющегося сопла. Тяга, создаваемая таким винтом, равна тяге обычного винта с диаметром, равным диаметру выходного сечения сопла. Преимущество же пропеллера Корта заключается в том, что для приведения его во вращение применимы более быстроходные двигатели и, кроме того, его можно устанавливать на более выгодном щаге. Эти обстоятельства делают удобным его применение на буксирных пароходах, особенно при плавании в каналах, где обычные гребные винты, создавая сильно завихренную струю, разминают дно.

Рис. 185. Движение ресниц инфузорий

В заключение упомянем о создании тяги путем движения ресниц у микроскопических живых существ, например у инфузорий. Числа Рейнольдса при движении инфузорий ничтожно малы по сравнению с единицей, следовательно, влияние инерции здесь совершенно исключается, и поэтому попытка объяснения движения инфузорий на основе механизма движения птиц и рыб недопустима. Правильное объяснение возможно только с точки зрения явлений, происходящих при медленных движениях в очень вязкой жидкости. Как показывает микроскопическая киносъемка, инфузории при движении сгибают свои ресницы, приближая их к поверхности тела, выносят их в таком положении вперед, затем распрямляют их и оттягивают в выпрямленном состоянии назад (рис. 185, а). Это приводит к тому, что при движении ресниц назад перемещается больше жидкости, чем при движении ресниц вперед. Несколько иная форма движения ресниц показана на рис. 185, Ь.

§ 21. Турбины, насосы и воздуходувки. Водяные турбины преобразуют мощность воды, падающей с некоторой высоты Н, в мощность на вращающемся вале турбины. Насосы, наоборот, преобразуют мощность, имеющуюся на вале, в работу, необходимую для перемещения воды. Воздуходувки выполняют аналогичную задачу для воздуха. Воздуходувки, при работе которых создается небольшая разность давлений, называются также вентиляторами.

Если объемное количество жидкости, поступающее в турбину в одну секунду, равно Q, а удельный вес жидкости равен 7, то располагаемой мощностью будет

io = iQH.

Кроме турбин для использования мощности падающей воды применяются водяные колеса. Характерным признаком водяных колес яв-

Gray J., Giliary movement. Gamdridge, 1928.