antonkachinskiy

Categories:

Слесарев и бесчеловечные опыты над мухами.

АКАДЕМИЯ НАУК СССР

СОВЕТСКОЕ НАЦИОНАЛЬНОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ ИСТОРИКОВ ЕСТЕСТВОЗНАНИЯ И ТЕХНИКИ

1985 г.  ИЗ ИСТОРИИ АВИАЦИИ И КОСМОНАВТИКИ Вып.52

Доклад, прочитанный 11 февраля 1985 г. на заседании, посвященном 100-летию со дня рождения В.А.Слесарева.

А. А.Борин

О РАБОТАХ В.А.СЛЕСАРЕВА ПО ПРОБЛЕМЕ МАШУЩЕГО ПОЛЕТА  

В обширный диапазон научных интересов В.А.Слесарева входила и проблема машущего полета. Здесь его внимание было сосредоточено на полете насекомых; неслучайность такого предпочтения видна ив высказываний В.А.Слесарева в специальной прессе. Вот какие доводы он приводил:


  1. "Существует целый ряд живых летательных аппаратов, которые до сих пор почти не исследованы - это мир насекомых. Отдел из них двукрылые - наиболее хорошие летуны. Часто можно наблюдать, как мухи по целым часам летают совершенно не уставая. При этом, питаясь небольшим количеством пищи, они производят громадный эффект полета. Значит их летательный аппарат обладает высоким коэффициентом полез­ного действия и заслуживает того, чтобы его ближе изучали"(1,с.831).
     
  1. " В настоящее время главное внимание по изучению полета в мире животных уделяется полету птицы. Как известно, полет птицы послужил основой современных летательных машин - аэропланов. При всех своих достоинствах аэроплан обладает одним важным недостатком, а именно, необходимостью разбега. То же самое мы наблюдаем у боль­ших птиц, аистов, журавлей и т.д. Журавль, чтобы взлететь, бежит некоторое расстояние, помогая при этом своему движению ударами кры­льев, пока не разовьет надлежащую скорость и не взлетит на воздух.
     

Совершенно иное мы замечаем у пчел, мух, вообще у всех летаю­щих насекомых, которые сразу без разбегу поднимаются кверху. Изуче­ние полета насекомых заслуживает полного внимания, так как может послужить образцом для конструирования машины, которая бы сразу под­нималась в воздух, без всякого разбега" (2,с.3).

Итак, вполне очевидно, что, изучая полет насекомых, В.А.Слесарев надеялся найти некий аэродинамический механизм, обладающий высокой энергетической эффективностью, и к тому же позволяющий осущест­вить точечный взлет.

Насколько реальны, эти надежды, увидим в дальнейшем; пока же обратимся к самим экспериментам.

Они проводились, как указывает их автор, с 1905 по 1913 гг. в селе Следневе, где в светелке своего дома он оборудовал небольшую аэродинамическую лабораторию (2,с.7).

Первоначальная часть опытов носила качественный характер и заключалась в наблюдении за полетом большой синей мухи при постепен­ном подрезании ее крыльев. При уменьшении длины каждого крыла до 77% исходной летные качества, по визуальному наблюдению, не изменя­лись, отмечалось только увеличение частоты колебаний (на слух). При длине крыла 57% исходной муха могла летать лишь наклонно вниз. Экспериментатор отмечает, что то же происходит с комаром, не в меру напившимся крови, но не делает - во всяком случав, на данном этапе - того очевидного вывода, что основным действующим фактором тут являет­ся нагрузка на ометаемую крылом площадь. При укороченном до 36% пер­воначальной длины крыле муха полностью потеряла способность к поле­ту. Далее к обрезкам крыльев приклеивались крылья другой мухи, высох­шие, но еще обладавшие упругостью. С этими надставками муха летала так же свободно (опять - таки на глаз), как и со своими крыльями. Опыты были повторены много раз.

По мере оборудовании лаборатории приборами В.А.Слесарев пере­ходит к более квалифицированному эксперименту. В 1908 г. он провел серию опытов над синей мухой на построенной им миниатюрной карусельной установке (1,0.832). Исследовались мощность (В.А.Слесарев назы­вает ее "работой") и сила тяги, развиваемые мухой в полете, а также закон движения крыльев.

Для первой серии исследований В.А.Слесаревым был использован в качестве динамометра аэродинамический тормоз в виде плоской плас­тинки, укрепленной на свободном плече карусели нормально к направле­нию движения. Варьируя площадь пластины и определяя каждый раз ее скорость, экспериментатор строил расчетные кривые мощности и тяги в функции скорости полета. На их основании он приходит к выводу, что минимальная потребная тяга для полета мухи равна 40 мг. При ве­се испытуемой мухи 182 мг это дает значение "эквивалентного качест­ва" 4,55 (I), явно завышенное.

В следующей серии опытов определялся закон движения крыла мухи. Для этого к неподвижной стойке карусели прикреплялась метал­лическая пластина, изогнутая по цилиндрической поверхности с радиу­сом, немного превышающим длину крыла. В горизонтальные закраины пластины вставлялись соответственно изогнутые бумага или слюда, покрытые сажей. К концу крыла приклеивался миниатюрный волосок (из семени одуванчика), чертивший на закопченной поверхности след дви­жения крыла, который затем фотографировался. Приведенные в (1,с.838) кривые, полученные таким образом, показывают, что конец крыла опи­сывает траекторию, промежуточную между синусоидальной и пилообраз­ной. В опытах определены частота колебаний, равная 160 кол/с (что хорошо соответствует более поздним данным Сотавальта (3,с.14), и скоростью конца крыла - около 8 м/с).

В.А.Слесарев разработал и запантетовал в Германии киноаппарат для съемки короткими сериями по 12 кадров со скоростью, эквивалент­ной 10000 кадрам в секунду (8), что представляет собой выдающееся достижение по тем - и не только по тем - временам. К сожалению, пуб­ликации, которыми мы располагаем, содержат только 2 отдельных сним­ка (2,с.4), которые подтверждают чрезвычайно высокую скорость съем­ки (очертания крыльев не размыты), но не дают возможности более пол­но судить об этом направлении работ. К счастью, сохранился документ (7), содержащий некоторые дополнительные сведения о научной деятель­ности В.А.Слесарева; приводим из него абзацы, прямо или косвенно касающиеся киносъемок.

"Для изучения механизма полета В.А. сконструировал своего рода киноаппарат, дающий 12 снимков за время от 1/100 до 1/1000 секунды. Движение ленты было непрерывным, освещение производилось электри­ческими искрами от лейденских банок. Изучение множества снимков показало:


  1. Что все насекомые машут крыльями в строго определенной плоскости, ориентированной относительно центральной части тела на­секомого; управление полетом достигается перемещением ц.т., произ­водимого поджатием или вытягиванием брюшка; передняя кромка крыльев является ведущей, и при каждом взмахе крыло поворачивается около нее почти на 180°;
     
  2. Что скорость на концах крыльев у всех насекомых почти по­стоянна - 8 м/с, а число взмахов обратно пропорционально длине крыльев. Такие же скорости на концах крыльев дают, по наблюдениям В.А.Слесарева, и хорошо летающие птицы.
     

Чтобы окончательно убедиться в механизме управления полетом у насекомых, В.А.Слесарев произвел множество опытов, заставляя мух и других насекомых летать при строго фиксированном положении брюш­ка относительно тела - подклеивая его к телу при помощи волосков одуванчика; при этом ему удавалось заставлять насекомых летать вполне определенным образом - например, вертикально вверх, вверх и назад, вверх и вперед, вверх и вбок и т.п., т.е. совершенно не­свойственным насекомым - и это было блестящим подтверждением результатов, подученных на кино-снимках”(7, л.1-2).

В.А.Слесарев указывает (2,с.4-5), что была выполнена "в большом масштабе" работа по измерению и взвешиванию различных насекомых: мухи комнатные и синие, наездники, комары, осы, пчелы, шмели. Ито­гом этой работы явилось построение графиков, которые "очень хорошо показывают уменьшение площади крыльев на единицу веса в зависимос­ти от величины насекомого".  Графики эти в упомянутых публикациях также отсутствуют.

Результаты экспериментальных исследований - кроме численных данных - подытожены в (2,с.6-7) следующим образом:

"Полет двукрылого насекомого есть ничто иное, как полет обык­новенного воздушного винта - геликоптера, но с периодической пере­меной направления движения лопасти и характеризуется работой крыла попеременно обеими сторонами".

Вернемся к вопросу, обоснованы ли были надежды на некие заме­чательные аэродинамические эффекты, открытие которых сулит изучение машущего полета? И можно ли приписать отсутствие успеха в этом направлении недостатку рвения или мастерства у экспериментатора?  И как оценить полученные экспериментальные данные с сегодняшней точки зрения? ’

В.А.Слесарева смело можно назвать одним из основоположников изучения полета насекомых. В конце XIX в. Лавдуа пытался определять частоту взмахов крыла насекомых по высоте производимого ими звука . (4,с.140). Э.Марей, много занимавшийся, полетом птиц, примерно в то же время изучал и полет насекомых, но также продвинулся не слишком далеко (запись взмахов крыла на закопченном барабане). Кинограммы Восса снимались примерно в одно время о аналогичными опыта­ми Слесарева. Динамометрические исследования В.А.Слесарев осущест­вил, по-видимому, первым в мировой науке. Следует особо подчеркнуть остроумие, вложенное им в разработку аппаратуры и в постановку опы­тов, а также филигранность их выполнения. Разработанный им киноап­парат для скоростной съемки не имел себе равных в мировой практике.

При строгом подходе нельзя обойти молчанием ряд существенных методологических погрешностей в постановке и обработке динамометри­ческого эксперимента. Одной из главных является механическое объе­динение несопоставимых точек, по которым экспериментатор проводил кривую P=f(V) делая затем из нее далеко идущие выводы. Первая из пяти имеющихся точек (при V =0) соответствует весу испытуемого животного, т.е. потребной тяге на этом режиме, тогда как осталь­ные сняты в полете с тормозной пластиной и, следовательно, представ­ляют избыточную тягу, не равную потребной. При этом последние две точки сняты о одной и той же тормозной пластиной, так что увеличе­ние скорости и тяги в последней из них может быть объяснено только повышением уровня метаболизма (который в опытах не измерялся). Способ крепления насекомого к коромыслу карусели вынуждал его ле­тать на режиме так называемого "перманентного взлета". Учет этих обстоятельств приводит к существенно иной интерпретации результа­тов эксперимента; в частности, величины указанной выше минимальной тяги и максимального качества оказываются необоснованными.

Необходимо, однако, оговориться, что в значительной мере упо­мянутые погрешности обусловлены общим уровнем знаний того времени. Главным же, что привлекает внимание, остается тот факт, что экспе­риментальное изучение полета насекомых впервые в истории было по­ставлено на широкую научную основу, и в результате его впервые по­лучен ряд численных данных.

Надежды на высокую экономичность машущего полета и на раскры­тие тайны точечного взлета насекомых волновали умы любителей и специалистов не только в начале века. Почти через 40 лет после В.А.Слесарева, М.К.Тихонравов писал:

"Экономичность летательного аппарата характеризуется коэффи­циентом, представляющим собой вес машины, деленный на мощность мотора. ... Обозначим этот коэффициент через Gn кг/л.с… . Наименьшие значения Gn у птиц равны 35-45 кг л.с., а наибольшие 80-135 кг/л.с., т.е. достигают величины в 3-6 раз большей, чем у самолета... . Таким образом, высокая экономичность полета птиц н неоспорима"(4,о.162-163).

Эта в корне ошибочная точка зрения и поныне находит своих сторонников (см.например.,(5,с.3)). Лишь в 1984 г. вышла в свет работа (6), содержащая рациональную постановку вопроса и полностью выясняющая, что основным фактором, определяющим высокие нагрузки на мощность у птиц, является малая скорость их полета. В еще боль­шей мере это относится к насекомым, скорость полета которых еще ниже. Таким образом, нагрузка на мощность не может считаться кри­терием экономичности полета.

Аналогично нетрудно показать, что превосходные взлетные свой­ства насекомых и малых птиц определяются также чисто механическим фактором, а именно, нагрузкой на сметаемую крылом площадь. Неслож­ный анализ показывает, что очень малые значения этого параметра, свойственные насекомым, позволяют им взлетать без разбега и непод­вижно висеть в воздухе даже при очень плохой (по сравнению с вер­толетом) аэродинамике.

По журнальным публикациям нет возможности судить об эволюции взлядов В.А.Слесарева на перспективы использования принципов машущего полета в летательных аппаратах: последняя из цитированных выше статей относится к весне 1914 г., а следующая, датированная концом того же года, посвящена уже лежащему в стороне от этой проблемы вопросу о прочности материала пера птицы. Однако сам по себе тот факт, что вся дальнейшая его деятельность была, по-видимо­му, целиком посвящена аппаратам «классического самолетного типа», едва ли может оставить сомнение в том, что В.А.Слесарев уже тогда подошел близко к изложенным здесь соображениям об отсутствии ка­ких-либо определенных выгод машущего полета. Можно полагать, что эти соображения, вместе с пониманием чрезвычайных технических трудностей, вызываемых периодическим изменением направления дви­жения несущего органа, заставили его перенести свое внимание на более многообещающую область.


  1. В.А.Слесарев. Измерение динамометром работы полета мухи,- "Воздухоплаватель", 1910, № 11, с.831-833.
     
  2. В.А.Слесарев.   Полет насекомых, - "Техника воздухоплавания", 1914, № 4-5, с.131-135.
     
  3. C. N.Greenewalt.  Dimensional relationships of flying animals. Smithsonian Misc. Colletion, 1962, vol.144.
     
  4. М.К. Тихонравов. Полет птиц и машины с машущими крыльями, М., 1949.
     
  5. В.Л .Свидерский. Полет насекомого. М.,1980.
     
  6. А.А.Борин, Н.В.Кокшайский. К оценке энергетического совершенства летательного аппарата птиц, - Докл. АН СССР, т.277, 1984, № 2, с.489-493.
     
  7. В.П.Ветчинкин, С.А.Чаплыгин, Н.И.Ворогушин. Краткий очерк о деятельности инж.-механика Василия Адриановича Слесарева. - Архив Научно-мемориального музея Н.В.Жуковского, инв. № 392/А.
     
  8. Патент Германии № 225879, кл. 57-а, группа 61, от 24.09.1910.
     

скорость на концах крыльев у всех насекомых почти по­стоянна - 8 м/с,

 Судя по всему отсюда и растут ушки больших винтов Святогора — Слесарев хотел скорость на их концах 8 метров в секунду....

Error

Anonymous comments are disabled in this journal

default userpic