Зачем ученые создали крылатый беспилотник с перьями

Исследователи из Лундского университета в Швеции сконструировали механическое крыло с перьями, которое предназначено для беспилотных летательных аппаратов. С подробностями – научный обозреватель Николай Гринько.

Фото: lunduniversity.lu.se/Anders Örtegren

Вся современная авиация началась с механических крыльев. Первые летательные аппараты неуклюже взмахивали деревянными рамами, обтянутыми тканью. Казалось, махать ими достаточно, чтобы взлететь в небо подобно птицам. Как мы знаем, ничего из этого не вышло, со временем инженеры стали копировать пернатых только внешне. Саму механику полета пришлось изобретать заново.

За прошедший век люди освоили сразу несколько способов передвижения в воздухе. В небо поднимались аэростаты, винтовые лайнеры, вертолеты, автожиры, реактивные ранцы... К сегодняшнему дню появился новый вид воздушного транспорта, у которого даже нет устоявшегося названия – коптеры, дроны, БПЛА, аппараты сверхмалой авиации и так далее. Тем не менее мы все понимаем, что речь идет о легких машинах с несколькими пропеллерами.

Казалось, для передвижения в толще атмосферы ничего лучше уже не придумать. Но инженерная мысль неожиданно сделала крутой разворот, вновь вернувшись к птичьим крыльям. Оказалось, что просто размахивать ими в воздухе недостаточно, нужно добавить еще одну важную деталь – перья.

Шведские ученые тщательно изучили механику полета птиц. Выяснилось, что эти далекие потомки динозавров поднимаются в воздух намного более эффективно, чем все механические устройства, придуманные человеком. Птицы тратят намного меньше энергии, а летают при этом дольше и дальше. Как оказалось, секрет довольно прост: когда они движутся вниз, перья максимально расставлены в стороны, а если вверх – прижаты друг к другу.

Фото: портал мэра и правительства Москвы/Максим Денисов

Чтобы исследовать этот процесс, инженеры сконструировали механическое крыло. Его "кости" сделаны из углепластика, мышцы заменены несколькими сервомоторами, а в качестве перьев ученые использовали... настоящие перья из крыльев галки. Механическое крыло поместили в аэротрубу и испытали. Оказалось, что КПД такой системы выше, чем у традиционных пропеллеров беспилотников. При этом результат все же не дотягивает до показателей живой птицы.

Инженеры продолжают эксперименты, меняя условия в аэротрубе, но уже делают интригующие прогнозы. По их мнению, сверхмалые летательные аппараты очень скоро перестанут быть жужжащими механизмами с несколькими пропеллерами. Вместо винтов дроны обзаведутся крыльями, мало отличимыми от настоящих. Да и сами коптеры при таких вводных очень скоро скопируют внешность самых разных птиц – от колибри до альбатросов.

Интересно, что, по мнению инженеров, главным препятствием могут стать... все те же перья. Точнее отсутствие технологии, с помощью которой можно было бы сконструировать их искусственную версию, обладающую сопоставимой легкостью, прочностью и износостойкостью. Ученые делают ставку на 3D-печать и новые наноматериалы вроде графена, но пока об этом говорить еще очень рано.

Сейчас можно просто пофантазировать, какие преимущества способна дать новая схема. Пернатые дроны будут работать намного тише (если не совсем беззвучно), смогут летать быстрее и дальше, а энергии на это затратят существенно меньше. Интересно, коснется ли это только беспилотников или всей остальной авиатехники? Будут ли построены пассажирские лайнеры на несколько сот пассажиров, бесшумно парящие в небе, взмахивая крыльями, словно гигантские птицы? Нам почему-то кажется, что это невозможно с инженерной точки зрения.

Хотя...