Эксперименты в аэродинамической трубе показали, что ряд важнейших характеристик корпуса летучей рыбы имеет тот же порядок, что и у корпусов современных самолетов. Можно предполагать, что точные измерения этих же характеристик в естественных условиях будут резко отличаться в лучшую сторону за счет эффективного авторегулирования многих параметров живого организма, адаптивно изменяющего наклон крыльев-плавников, их площадь, изгиб тела и т. д.

Несколько неожиданный прикладной аспект приобрела проблема гидроаэродинамики в связи с изучением двух видов кишечнополостных – сифонофоры (Physalia utriculus) и хондрофоры (Velella lata), которые, используя силу господствующих ветров, плывут «под парусом» через весь Тихий океан по вполне определенному, сложившемуся на протяжении веков, маршруту. Вся жизнь и развитие этой особой экологической группы морских организмов проходит под непосредственным воздействием как водной, так и воздушной среды.

Дадим краткое описание интересных аэродинамических и гидродинамических конструкций этих сравнительно мало известных плейстонных организмов.

Существенной особенностью строения физалии и велеллы является наличие диморфизма в расположении плоскости паруса относительно других частей тела животного. Это видно из приведенных ниже рисунков. В результате такого диморфизма разные формы физалии и велеллы по-разному реагируют на действие ветра – дрейфуют в двух различных направлениях (вправо или влево) от направления ветра.

Движение особей с различной ориентацией паруса в разных направлениях определяет особенности географического распространения этих видов. Под воздействием господствующих океанических ветров в строго определенных районах океана собираются огромные стаи правоплывущих особей, а в других районах скапливаются левоплывущие особи. Проводились специальные исследования и опубликованы результаты географического распространения этих интересных морских животных.

А. С. Савилов сравнивает основание пневматофора с корпусом парусной шлюпки, погруженную в воду бахрому щупалец – с плавучим якорем, опущенным в воду с борта в кормовой части парусной шлюпки, а плоскость гребня – с гротом паруса. Это дает возможность рассмотреть схемы распределения основных сил, воздействующих на физалию во время движения, таких, как силу ветра, сопротивление воды, лобовое сопротивление, силу дрейфа, силу тяги и другие, точно так же, как это делается в теории движения судна под парусом.

Длина пневматофора около 30 см, а длина щупалец достигает 20 м. Во время движения щупальца шлейфа тянутся за дрейфующим животным, находясь вблизи поверхности воды. При отсутствии ветрового дрейфа они свисают вниз. Щупальца могут сокращаться, например, для того, чтобы поднести к ротовому отверстию пойманную добычу. Корпус в килевой его части изогнут и имеет несколько неправильную форму. Парусная часть гребня располагается под углом 40–50° к диаметральной плоскости зоны щупалец.

Упругие части основания щупалец и боковой выступ пневматофора в зоне начала щупалец выполняют функции парного руля с двумя противоположно направленными лопастями – первая отведена в сторону под углом 30–40° к диаметральной плоскости зоны щупалец, а вторая – под углом около 90°.

Такое расположение основных функциональных элементов конструкции и их относительные размеры и определяют курс и скорость дрейфа животного.

Попав в поле ветра, физалия быстро принимает такое положение, при котором плоскость гребня пневматофора оказывается ориентированной под углом 40–45° к направлению ветра, а диаметральная плоскость вытянутого в длину густого пучка щупалец устанавливается примерно перпендикулярно направлению ветра.

Спирально закрученные длинные щупальца оказывают большое сопротивление движению фазалии вперед. При сильном ветре (а значит, и большой скорости) они спрямляются.

Многие исследователи сходятся в оценке скорости перемещения физалии – около 26 см/сек при скорости ветра 680 см/сек, в то время как скорость ветрового дрейфа поверхностного слоя воды составляет от 0,5 до 9,0 см/сек.

В конструктивном исполнении физалии имеются и другие, не упомянутые здесь тонкости. Так, в той же работе А. И. Савилова рассматривается конструкция, подобная балансиру катамарана, хорошо выполняющая роль второго корпуса, повышающего остойчивость. Однако для общего знакомства с физалией достаточно и тех данных о ее структуре, которые были уже изложены. Детали устройства и работы механизма плавания «под парусом» этого представителя кишечнополостных описаны в специальной литературе.

Рассмотрим основные механизмы движения велеллы. На рис. 57 схематически изображена ее конструкция с левой и правой ориентацией паруса (обозначения использованы те же, что и на рис. 56).

Длина верхней, несмачиваемой водой поверхности пневматофора велеллы около 10 см. Снизу в воду свешивается кольцевая бахрома щупалец, повторяя контур пневматофора велеллы.

Механизм движения велеллы во многом отличается от механизма движения физалии. А. И. Савилов сравнивает велеллу с плотом, вооруженным парусом и килем. Аналогом паруса является пластина вертикального выступа пневматофора, корпуса плота – раскинутый на поверхности воды упругий зонтик, а аналогом киля – вытянутая в длину густая бахрома щупалец.

Плоскость паруса, большая ось овального зонтика и диаметральная плоскость горизонтальной пластинки пневматофора с подводным рядом щупалец расположены под углом 18–20° друг относительно друга, взаимно пересекаясь в центре тяжести.

Особенностью строения паруса велеллы является его слабая S-образная изогнутость и то, что он состоит как бы из двух половинок с противоположно направленными вогнутостями. Эта изогнутость создается на узкой полосе сократимой мышечной ткани.

Форма, размеры и взаимное положение основных элементов конструкции велеллы таковы, что под воздействием ветра она постоянно стремится занять на поверхности воды положение, при котором плоскость паруса оказывается установленной под более острым углом к линии ветра, чем у физалии (угол составляет 25–30°).

Степень изогнутости паруса может быть различной не только у разных особей, но и у одной и той же особи при разной погоде. От формы паруса будет зависеть положение точки приложения аэродинамической силы, ориентация плоскости паруса относительно направления ветра при кратковременном установившемся движении, а значит, и общее направление движения животного. При определенных условиях ветра и волнения велелла плывет курсом «бейдевинд», а «бизаневая» часть паруса позволяет ей успешно осуществлять повороты «оверштаг».

Скорость движения велеллы 6,25 см/сек при скорости ветра от 180 до 330 см/сек.

Упомянутые исследования показывают, что строение велеллы и физалии характеризуется отличными конструктивными качествами как в отношении обеспечения поворотливости и устойчивости на курсе, так и остойчивости, а также согласованностью взаимодействия отдельных частей тела животного с точки зрения управления движением и экономичного использования сил ветра.

Итак, велелла и физалия – океанические пилигримы, передвигающиеся с довольно большой скоростью (0,5 узла и более) без какой-либо затраты энергии самими животными. Вполне возможно, что объяснение механизмов работы парусной системы этих животных является пока неполным, возможно, что в строении их скрыты технические детали, имеющие не последнее значение для объяснения закономерностей их плавания. Это можно будет уточнить в ходе дальнейших специальных бионических исследований.

Конструктивные структуры рассмотренных здесь плейстонных организмов имеют бионический аспект, ибо они могут найти прикладное использование для синтеза океанологических «спутников». В следующем разделе, посвященном обсуждению вопросов применения конструкций морских организмов в технике, будут рассмотрены некоторые возможности заимствования этого интересного опыта живой природы.

Очень надежное и качественное . Для обеспечения безопасности, чтобы не волноваться, спать спокойно, необходимо принять меры предосторожности, но не все можно предугадать, особенно если у Вас большое предприятие, которое нуждается в круглосуточном наблюдении.

Предыдущая глава: Гидроаэродинамика морских организмов

Следующая глава: Синтез конструктивных структур