Схлопывающий полёт стрекозы

Приведём необходимые значения параметров. Частота ударов крыльями у стрекоз достигает 100 Гц; возьмём случай f=70 Гц. Скорости взмахов много меньше скорости звука, поэтому в данном случае воздух можно считать несжимаемой средой. Тогда масса воздуха m, отбрасываемая при одном схлопывании, приблизительно равна произведению плотности воздуха r =1.3 кг/м3 на объём схлопывающегося клина. При длине одного крыла у дозорщика, равной 5 см, эффективную площадку крыла можно считать прямоугольником 4x1.5 см2; пусть угол схлопывающегося клина составляет 2a =30о. При этом масса воздуха, отбрасываемая за один раз обеими парами крыльев, составляет около 6× 10-6 кг. Под скоростью v отбрасываемого воздуха будем понимать скорость его вытеснения из схлопывающегося клина, которая равна вертикальной скорости удара крыла 2p fA (где A» 1.5 см — амплитуда взмаха верхнего или нижнего крыла), делённой на tga , т.е. на tg15о; при этом v» 25 м/с. При C» 0.2 и S» 6 см2, искомая скорость полёта, с учётом вышеназванных значений параметров, составляет V» 42 км/ч.

Хотя эта цифра получена при целом ряде довольно-таки грубых приближений, она вполне адекватно отражает тот факт, что стрекоза дозорщик в воздухе явно превосходит по скорости насекомых, на которых она охотится.

Впрочем, для удачной охоты, стрекозе нужно ещё и не уступать своим жертвам в манёвренности. И, опять же, две пары крыльев не только позволяют стрекозе отработать практически любой манёвр жертвы, но и дают ей возможность выполнять в воздухе трюки, непосильные для двукрылых насекомых — например, повороты на месте или быстрые боковые перемещения. Кратко опишем, как выполняются эти трюки.

Для зависания на месте стрекозе требуется работать верхними и нижними крыльями, не допуская их схлопываний. При этом каждое из четырёх крыльев, совершая махи вниз немного быстрее, чем махи вверх, даёт вклад в вибрационную тягу, которая удерживает стрекозу в воздухе. Кстати, крылья стрекозы имеют гибкость не только в передне-задних направлениях, но и в направлениях от оснований к кончикам. Это помогает стрекозе устанавливать оптимальный зазор между рабочими зонами верхних и нижних крыльев в режиме зависания: при оптимальном зазоре верхние и нижние крылья, сходясь, соударяются только своими кончиками, что сопровождается характерным звуком. Так, у зависшего на месте дозорщика жёсткий шелест, из-за периодических соударений кончиков верхних и нижних крыльев, выражен гораздо сильнее, чем мягкий звук “ф-ф-ф…”, с которым крылья гонят воздух. Причём, воздух гонится как раз благодаря изгибам крыльев в направлениях от оснований к кончикам — воздух отбрасывается этими изгибами подобно тому, как он отбрасывается кончиками маховых перьев птиц [5]. Поскольку рабочее положение крыльев стрекозы ортогонально корпусу, то воздух отбрасывается вправо и влево от корпуса, что, соответственно, порождает пару реактивных сил. По сравнению с силами тяги вперёд при схлопывающем полёте, силы боковой тяги при зависании, конечно, слабее. Но, произведя их разбаланс, стрекоза выполняет довольно-таки резкое боковое перемещение. Так, для перемещения влево, амплитуды махов у правой пары крыльев следует немного увеличить, а у левой — немного уменьшить. При этом, конечно, появится ещё и разность вибрационных сил, создаваемых левыми и правыми крыльями, и возникнет момент сил, опрокидывающий стрекозу влево. Но у неё имеется возможность нейтрализовать этот момент сил, изогнув вправо брюшко — которое словно нарочно удлинено для эффективного устранения, описанным способом, нарушений равновесия по крену. Добавим, что для стрекозы не является проблемой и поворот в воздухе на месте. Так, чтобы развернуться на месте вправо, стрекоза раз в несколько циклов слегка схлопывает левую пару крыльев, которая при этом отбрасывает какое-то количество воздуха назад — и стрекоза, из-за отдачи, поворачивается на небольшой угол вправо. Хорошо заметно, что разворот на месте у стрекозы происходит не плавно: он представляет собой последовательность малых скачкообразных поворотов.