Юный техник, 2002 № 03 - Журнал «Юный техник»

Многие представители фауны используют химию для собственной защиты или для нападения. Вспомним хотя бы осьминога, который в трудную минуту выпускает облако чернилоподобной жидкости и скрывается за этой «дымовой» завесой. А ядовитые змеи так и вообще не мыслят себе жизни без применения токсинов. Причем некоторые, подобно черной мамбе, выработали смеси такой жгучести, что человек умирает от яда «за пять минут до укуса», как шутил писатель Венедикт Ерофеев. И в шутке его есть известная доля истины: некоторые змеи не кусают, а просто метко плюются, норовя попасть жертве точно в глаз.

Но даже на этом фоне жук брахинус-бомбардир выглядит феноменом. Судите сами.

Всем известно, что неправильно подобранная на уроке в школе химическая смесь иной раз грозит не только «парой» в дневнике, но и весьма оглушительным взрывом. Если бы жук хотя бы раз ошибся, его самого разнесло бы в клочья.

Дело в том, что гремучую смесь в его организме вырабатывают две железы. Одна производит гидрохинон, а другая — 25-процентный раствор перекиси водорода. Эта смесь до поры до времени хранится в накопительном мешке, снабженном клапаном с отворяющей мышцей, расположенном в задней части туловища. Чтобы эти компоненты вступили в реакцию, требуется еще фермент-катализатор, который вырабатывает третья железа. Катализатор хранится в реакторной камере, куда в момент опасности незамедлительно и выбрасывается содержимое накопительного мешка. Начинается бурная экзотермическая реакция, и бомбардир выбрасывает реактивную струю жгучей смеси, норовя попасть противнику в самую глотку или, на худой конец, в нос.

Если бы какой-то из компонентов реакции оказался в недостатке или вообще отсутствовал, реакция бы не пошла, жук лишился средства самозащиты и погиб. Погиб бы он и в том случае, если бы вдруг реакция пошла чересчур бурно. Жуку разнесло бы реакторную камеру.

Непонятно и как при использовании своего «оружия» не страдает сам жук. Ведь, как выяснили исследователи Корнеллского университета в Великобритании, смесь, применяемая жуком для атаки противника, содержит бензохиноны — соединения, содержащиеся в ряде современных отравляющих веществ.

Кроме того, когда начинается реакция, смесь разогревается практически до 100 °C. Как при этом жуку удается не свариться, что называется, в собственном соку? Как вообще шла эволюция, позволившая жуку создавать себе современное бинарное оружие?

Точных ответов на эти вопросы у исследователей пока нет.

Максим ЯБЛОКОВ

СУМАСШЕДШИЕ МЫСЛИ

Самолет: история продолжается

Современный самолет — средоточие всех лучших достижений человеческой мысли. Так думает лишь тот, кто смотрит на авиацию издалека. При более глубоком ознакомлении становится виден целый букет ее недостатков.

Начнем с того, что авиация сжигает третью часть добываемого на Земле жидкого топлива, причем далеко не самым экономичным образом. При равных скоростях и весе автомобиль на один километр пути расходует топлива почти в два раза меньше. А уж птицы!..

А дело все в крыльях. Присмотритесь, как планирует голубь или, если повезет, аист. Каждое перышко само по себе, по отдельности. Получается, что в полете птица пользуется не двумя крыльями, а множеством.

Интуитивно это чувствовали и изобретатели. А потому всю историю авиации можно считать попыткой построить птичье крыло.

Первый, удачно летавший, самолет братьев Райт (1903 г.) был бипланом: два крыла были расположены друг над другом. До конца 20-х годов строились самолеты весьма разнообразных типов, но монопланы, имевшие, как большинство современных самолетов, одно крыло, встречались редко. Преобладали бипланы, изредка делали трипланы и даже четырехпланы. Но…

Как показал в те годы немецкий профессор Л.Прандтль, наилучшим аэродинамическим качеством — отношением подъемной силы к сопротивлению воздуха — обладает одиночное крыло. Всякое же соединение крыльев в решетку или этажерку резко ухудшает их работу.

Например, биплан с размахом крыльев 10 м имел такую же подъемную силу, как и моноплан с размахом 11,5 м.

Часто это связывали с обилием расчалок и стоек, связывавших крылья и создававших дополнительное сопротивление. Но их сопротивление не так уж велико. К тому же биплан можно построить и совсем без них, однако результат будет таким же. А дело в том, что сами крылья начинают мешать друг другу.

При работе одиночного крыла давление на его верхней поверхности снижается, а на нижней повышается. В сумме это и дает подъемную силу. Если два крыла стоят друг над другом, то давление, возросшее на нижней поверхности верхнего крыла, не только создает для него подъемную силу, но и прижимает к земле нижнее крыло, уменьшает его подъемную силу.

Из этих соображений, казалось, следовало, что нужно строить только монопланы. Но долгое время одиночное крыло не удавалось сделать достаточно прочным и легким. А коробка крыльев биплана подобна ферме подъемного крана. Она без особых ухищрений получалась прочной и столь легкой, что потери подъемной силы не имели значения. Кроме того, биплан был очень устойчив, если его верхнее крыло выносили вперед. Правда, от этого аэродинамическое качество страдало еще более, но игра стоила свеч.

Начиная с 1932 г. авиаконструктор Петр Дмитриевич Грушин создал несколько самолетов по схеме тандем — с крыльями, установленными одно за другим. (Такие самолеты делали и раньше, только крылья были либо на одном уровне, либо переднее выше заднего. Летали они плохо.) В 1938 г. Грушин применил короткое крыло небольшой площади спереди и большое горизонтальное хвостовое оперение, составлявшее 45 % от площади крыла (рис. 1).

Рис. 1

Получился очень удачный бомбардировщик. Поскольку переднее крыло было ниже заднего, оба крыла стали работать лучше, чем работало бы каждое в отдельности. При этом общая площадь крыльев этого самолета была в два раза меньше, чем это требовалось для самолета того же веса.

Машина была очень устойчива, прекрасно управлялась и не имела склонности сваливаться в штопор. Особенно легко на ней удавалась посадка. (Любопытно, что самолет такой схемы попал даже в научно-фантастический роман А.Казанцева «Пылающий остров». На нем советский летчик, герой романа, совершал кругосветный перелет.) Однако пустить в массовое производство столь необычную машину так и не решились.

Между тем, как показывали эксперименты А.С.Чаплыгина, проведенные еще в 1914 году, не только пары, но целые решетки, составленные из отдельных крыльев (профилей) со сдвигом каждого верхнего крыла назад относительно нижнего, значительно улучшают аэродинамическое качество.

Происходящие здесь процессы весьма сложны. Потому опишем их лишь в общих чертах.

У одиночного крыла часто наблюдается образование вихрей и срыв потока. Это резко увеличивает его сопротивление. В решетке же этого не происходит. Верхнее крыло, несколько сдвинутое назад, прижимает к нижнему поток, мешает образованию вихрей, чем и снижает сопротивление.

Кроме того, в щелях между крыльев увеличивается скорость потока. При этом нижнее крыло, воздействуя на верхнее, создает как бы экранный эффект. Это дополнительно увеличивает его подъемную силу. Есть у решетчатых крыльев и полезная особенность в поведении.

Подъемная сила любого крыла возрастает с увеличением угла атаки. Этим летчики пользуются при заходе на посадку, когда скорость мала и обычное крыло плохо работает. Но стоит превысить определенное значение угла атаки (10–15°), как подъемная сила резко падает, а сопротивление возрастает. Самолет мгновенно теряет скорость и высоту. Это одна из главных причин аварий при посадке.

У решетчатого крыла это явление наступает лишь при углах более 45°. Самолет с решетчатым крылом сможет посадить начинающий пилот или даже автомат. Для него будет безопасен полет в бурю или через грозовые облака.

Опыт создания удачных самолетов с таким крылом уже есть. На рисунке 2 изображен самолет «Жирная пчела — 2» Роберта Старра с решетчатым крылом из трех элементов.

Рис. 2

Он занесен в Книгу рекордов Гиннесса в 1988 году как самый маленький в мире пилотируемый самолет с размахом крыльев всего 1,5 м. Этот самолет неоднократно летал на международных авиасалонах и в настоящий момент находится в музее авиации в Аризоне.

«Жирная пчела — 2» противоречит общепринятому мнению о невозможности создания пилотируемых самолетов с таким коротким крылом и подтверждает эффективность решетчатой несущей системы с обратным выносом.

В нашей стране большую работу по решетчатым крыльям, начиная с военных лет, вел профессор С.М. Белоцерковский. Ему и его коллегам удалось создать конструкцию решетчатого крыла, которая в десять раз легче такого же по несущей способности крыла обычного типа. Они создали решетчатые крылья, работающие при скоростях, вчетверо превышающих скорость звука. Но это все были эксперименты.