Полет без двигателя — это способность оставаться в воздухе в течение определенного периода времени без использования какого-либо источника энергии. Существует несколько типов полета без двигателя. Некоторые из них были использованы природой, другие — человечеством, а некоторые — обоими.
Безмоторные летательные аппараты — это летательные аппараты, способные летать без какого-либо движительного механизма.
Способность летать на короткие или длинные расстояния без использования энергии развивалась в природе много раз. Многие существа, способные к длительному полету с использованием энергии крыльев, также парят без использования энергии большую часть времени, пока они находятся в воздухе.
Пенникуик [1] делит полет животных на три типа: парашютный, планирующий и моторизованный. Однако он замечает, что у них нет резких границ. Например, в какой-то момент он рассматривает парашюты как немоторизованные и как примитивную форму парения, в то время как само парение он рассматривает как приводимое в движение движением воздуха (ветра). Другие методы, такие как полет на аппаратах легче воздуха, используются только человеком.
В статье проводятся следующие различия между типами и методами безмоторных полетов на основе их характеристик:
Они обобщены в таблице:
Некоторые примеры использования показаны в следующей таблице:
Полеты легче воздуха доступны только человеку. Не имеющий двигателя аппарат легче воздуха называется воздушным шаром.
Воздушный шар — это мешок, наполненный газом с плотностью ниже , чем окружающий воздух, для обеспечения плавучести . Газом может быть горячий воздух, водород , гелий или, в прошлом, угольный газ . Использование плавучих газов неизвестно в естественном мире.
Воздушный шар может быть привязан как воздушный змей или дрейфовать с ветром в свободном полете. Пилот может контролировать высоту свободно летящего воздушного шара, либо нагревая газ, либо сбрасывая балластный груз. Направление ветра часто меняется с высотой, поэтому это может дать некоторую степень контроля направления.
Свободно падающий объект без приспособления к полету может поддерживаться ветром только в том случае, если он очень легкий и падает медленнее, чем ветер его поднимает. Достаточно легкий объект может использовать восходящие потоки и таким образом дрейфовать по ветру в течение длительных периодов времени.
Многие споры плесени и бактерий , даже живые бактерии, достаточно малы, чтобы переноситься ветром на большие расстояния и на большую высоту.
Некоторые растения также используют ветер для распространения семян таким образом. Семена орхидей очень мелкие и похожи на пыль.
Парашютизм по сути является падением или дрейфом, но с аэродинамической тормозной поверхностью. Высокое отношение площади поверхности к весу снижает скорость снижения парашюта , позволяя ему оставаться в воздухе в течение более длительного времени. Аэродинамическая поверхность также может допускать небольшое количество движения вперед, но парашют всегда падает быстрее, чем он может двигаться вперед. Воздушный поток вокруг парашюта обычно турбулентный.
Маленькие существа и семена, которые развили парашюты, могут переноситься ветром на большие расстояния. Среди растений, семена одуванчика , молочая и тополя имеют волоски, которые действуют как парашюты. Некоторые пауки выбрасывают парашюты из нитей. Хотя в основном это делают маленькие паучки, были замечены взрослые особи весом более 100 мг и размером тела до 14 мм, выбрасывающие парашюты на метр в сильный восходящий поток воздуха.
Парашютирование также используется более крупными существами и семенами для перемещения на более короткие расстояния. Семена клена , сосны и платана имеют одно или два крыла, которые действуют как парашюты, помогая в распространении семян . Летающие лягушки используют свои перепончатые лапы в качестве парашютов.
Планирующий полет требует первоначального запуска, который дает объекту достаточно энергии для полета.
Принципы аэродинамической подъемной силы являются общими как для природы, так и для искусственных самолетов. Когда воздухоплаватель падает, расправленные крылья наклоняются к набегающему воздуху, чтобы создать быстрый поток воздуха над крылом. Этот поток создает аэродинамическую подъемную силу , которая замедляет скорость снижения. Результатом является планирующий полет, в отличие от простого спуска, как на парашюте .
Если воздух поднимается быстрее, чем объект опускается, он будет унесен вверх. Таким образом, планирующий объект может получить дополнительную потенциальную энергию из таких источников, как термические потоки и подъемная сила хребта.
Планирующие летательные аппараты включают планеры , дельтапланы и парапланы . Они должны получать свою начальную энергию движения от процесса запуска. Запуск может осуществляться путем вытягивания самолета в воздух с помощью буксирного троса, с помощью наземной лебедки или транспортного средства, или с помощью силового самолета-буксировщика. Для самолетов, запускаемых с ног, также есть возможность просто сойти с высокого места. После того, как планер отпущен, он свободно летит.
К существам, способным взлетать в воздух и планировать на короткие расстояния, относятся:
Полеты без двигателя на большую продолжительность и дальность возможны, если для получения энергии используется восходящий воздух . Это может еще больше снизить скорость снижения или даже увеличить высоту, что известно как парение .
Парение — это когда объект/животное получает дополнительную энергию от поднимающегося воздуха , не прилагая никаких усилий, чтобы оставаться в воздухе. Примером может служить альбатрос , крупная морская птица, известная своей способностью оставаться в воздухе, паря над волнами в течение нескольких дней подряд. Многие другие птицы, такие как хищные птицы и аисты, также намеренно парят, чтобы продлить свое время в воздухе. Насекомые часто попадают в восходящий воздух и поэтому могут быть им рассеяны.
Многие типы планеров предназначены для использования восходящих потоков воздуха и поэтому могут также парить.
Воздушный поток над привязанным объектом может поднять его на высоту до максимума, определяемого частично длиной троса, а затем позволить ему поддерживать высоту, пока есть достаточный поток воздуха. Такой привязанный летающий объект называется воздушным змеем.
Если есть ветер, трос может быть прикреплен к фиксированной точке. Движение объекта, например, катера, также может быть использовано для создания воздушного потока или усиления ветра. Подвижным объектом может быть даже другой воздушный змей. [2]
Пилотируемые воздушные змеи использовались для самых разных целей.
Медиа, связанные с Unpowered flight на Wikimedia Commons