– насекомые;
– птицы и модели летательных аппаратов;
– махолеты и самолеты.
Аэродинамический параметр, который разделяет эти группы, это число Рейнольдса Re, которое определяется соотношением между силами инерции и силами вязкости, возникающими в обтекающем поверхность потоке воздуха.
Re=V*L / n, где V – скорость потока;
L – хорда крыла;
n – кинематический коэффициент вязкости воздуха.
Я не буду вдаваться в подробности, надеюсь читатель познал основы аэродинамики крыла, и только отмечу, что величина числа Re определяет характер течения воздушного потока над поверхностью крыла. На малых числах Re преобладают силы вязкости и течение ламинарное, на больших – силы инерции и течение турбулентное. Критическое значение числа Re, разделяющее две основные области характеристик потока, составляет для профиля 120 000÷160 000.
Ниже приведены числа Re для различных аппаратов и существ.
Авиация
Транспортные самолеты Re = 1́108 и Re> Reкр
Легкие самолеты Re = (2÷5) ́106 и Re> Reкр
Махолет Re = 1.5́106 и Re> Reкр
Птицы и модели
Модель махолета Re = 50000÷80000 и Re <Reкр
Парящий альбатрос Re = 200 000 и Re> Reкр
Чайка Re = 100 000 и Re <Reкр
Насекомые
Бабочка в планирующем полете Re= 3000÷7 000 и Re <Reкр
Мелкие комары и мушки Re = 20 ‒1000 и Re <Reкр
Число Re в значительной мере определяет форму несущей поверхности. При больших числах Re увеличение несущих свойств и уменьшение сопротивления требует обеспечения плавности обводов профиля.
Птицы летают в той области малых скоростей и размеров, где очень существенны силы вязкости, и которая принципиально не может быть использована человеком. Кроме того, частота маха птиц находится в пределах от 1гц у больших птиц до 200гц у маленьких. В этих условиях влияние нестационарности становится существенным. Самая большая птица – альбатрос летает на сверхкритическом числе Re, и его крыло напоминает самолетное.
Крылья птиц имеют механизмы адаптации к обтекающему их потоку. У основания каждого перышка есть рецепторы, чувствительные к местному потоку, которые помогают головному мозгу, выполняющему функции автопилота, адаптировать крыло и оперение к местному набегающему потоку. Каждым своим перышком птица чувствует поток. Создать такую чувствительную поверхность человеку вряд ли удастся.
Аэродинамика насекомых характерна малыми числами Re и высокой частотой махов. Для этой группы влияние нестационарности на аэродинамические характеристики становится определяющим. Аэродинамика в этой области практически не изучена. Геометрическая форма несущей поверхности насекомых оптимизирована на малые числа Re, где превалируют силы вязкости, и имеет форму пластин. Если увеличить крыло самого совершенного