Глазок-птеростигма есть и на крыльях насекомых некоторых муравьёв (о том, что это за крылатые муравьи, речь пойдет дальше), но её значение здесь пока специально не исследовалось. Что касается стрекозы, этот вопрос изучен Ю. М. Залесским. После удаления птеростигмы насекомое менее равномерно взмахивает крыльями, полет его становится как бы порхающим.
Птеростигма регулирует взмахи крыла и имеет механическое значение.
Когда об этом узнал крупнейший наш специалист в области аэродинамики М. К. Тихонравов, он сразу вспомнил о флаттере.
Пора сказать, что так названы те вредные колебания крыла, которые иногда могут разрушить крылья летательных аппаратов.
Известный лётчик-испытатель Марк Галлай, вспоминая о первой своей встрече с этим неожиданно и неизвестно откуда возникающим, но вполне реальным воздушным чудовищем, рассказывал, что однажды будто огромные невидимые кувалды со страшной силой забарабанили по его самолету. Всё затряслось так, что приборы на доске стали невидимыми, как спицы вращающегося колеса. Казалось, крылья полощутся, как вымпел на ветру. Летчика швыряло по кабине из стороны в сторону. Штурвал, будто превратившийся в какое-то совершенно самостоятельное живое и притом обладающее предельно строптивым характером существо, вырвался из рук и метался по кабине так, что все попытки поймать его ни к чему, кроме увесистых ударов по кистям и пальцам, не приводили. Грохот хлопающих листов обшивки, выстрелы лопающихся заклепок, треск силовых элементов конструкции сливались во всепоглощающий шум.
Вот он, флаттер!
Немало замечательных конструкций разрушено этим бичом скоростных полетов, немало пилотов-испытателей погибло, не в силах совладать с ним и разбившись вместе с поднятой в воздух конструкцией.
Теперь всё это в прошлом. Выдающийся советский математик, ныне президент Академии наук СССР, академик М. В. Келдыш разработал специальную теорию возникновения внезапных колебаний крыла и оперения самолета под действием аэродинамических сил. На основе этой теории были найдены способы устранения флаттера. Коварное препятствие на пути создания новых самолетов удалось устранить, утяжеляя у конца крыльев переднюю кромку. Там, где имеется такое утяжеление, вредные колебания не возникают.
Но ведь птеростигма — это и есть утолщение передней кромки конца крыльев!
Получается, что биологи, исследуя полет насекомых, обнаружили на крыльях стрекозы в птеростигме прообраз того самого приспособления, которым авиационные конструкторы после долгих и дорогостоящих поисков оснастили крылья скоростных самолетов. И прообраз этого усовершенствования, оказалось, существует на крыльях многих насекомых миллионы лет.
Предки современных стрекоз, известные по отпечаткам в отложениях пермского периода, также имели на своих крыльях птеростигмы.
Именно в связи с раскрытием назначения птеростигмы на крыльях стрекозы М. К. Тихонравов говорил, что природа иногда указывает, как самые сложные задачи решаются с поразительной простотой.
В 1972 году в известном всему научному миру «Журнале сравнительной физиологии» была напечатана обстоятельная статья шведского исследователя Норберга Эке. В ней говорилось о том, как в природе с удивительной простотой, о какой писал М. К. Тихонравов, решаются самые сложные задачи.
«Птеростигма имеет большую массу, чем окружающие участки крыла той же площади», — подчеркнул в статье Эке. «У разных насекомых, в первую очередь у стрекоз, — рассказывает учёный, — определяли положение оси вращения крыла и положение центра тяжести в последовательных отрезках крыла. Всюду, во всех отрезках ось вращения обнаруживалась впереди центра тяжести. Всюду, за исключением одного отрезка — отрезка со стигмой, где центр тяжести находился перед осью вращения» [4] .
Специалистами давно установлено, что при активном полете критические скорости ниже, чем при планировании, по причине очень опасной тенденции к пикированию крыла и именно птеростигма предотвращает возникновение этой опасности.
Когда на примере стрекоз подсчитали, насколько может быть повышена критическая скорость полета при птеростигме и насколько птеростигма отодвигает угрозу флаттера, оказалось: вес птеростигмы не превышает одной тысячной веса тела насекомого, а критическая скорость полета может в иных случаях возрастать на 25 процентов!
Дальнейшие исследования энтомологов Гетеборгского университета показали, что для мелких насекомых птеростигма делает крыловой взмах более эффективным при медленном или парящем полете, тогда как у крупных насекомых большее значение имеет повышение уровня критической скорости полета.
Птеростигма есть обычно на крыльях у стрекоз, сетчатокрылых, в том числе у муравьиного льва, с личинкой которого нам предстоит познакомиться, у сеноедов, клопов, наконец, у перепончатокрылых, в том числе и у муравьёв. Некоторые насекомые, имеющие птеростигму, способны при полете активно контролировать угол пикирования, но это не уменьшает значения птеростигмы: она своё назначение выполняет — срабатывает, не расходуя энергии.
Разве эта история не достойна стать сюжетом новой басни? Мораль здесь говорила бы человеку: «Учись у природы, набирайся у нее ума, чтоб уметь все делать лучше, чем сама природа!»
Опыт с увеличенными в десять-пятнадцать раз по сравнению с естественными и изготовленными из бумаги и целлофана моделями машущих крыльев насекомых, испытания их в жидкой среде помогли разобраться, что может создавать у них силу тяги и подъемную силу.
Произведенная Ю. М. Залесским сверхскоростная съемка показала, что крыло бабочек, например, совершает в полете не простое машущее движение, но ещё и волнообразно изгибается при этом.
Другие насекомые летают иначе. Крылья двукрылых (мух, комаров) или перепончатокрылых (пчел, ос, муравьёв) в полете все время меняют угол атаки и заносятся то вперед, то назад, так что вершина крыла непрерывно описывает восьмеркообразную кривую.
Когда группа советских инженеров пристроила к лопастям ветряного двигателя дополнительные подвижные крыловидные лопасти, которые также производили восьмеркообразные движения, то ветряк заметно выиграл в мощности и стал исправно и производительно работать даже при самом слабом ветре.
Изучение крыла и летных способностей насекомых открывает бесконечные возможности создавать разнообразные оригинальные устройства для стоячего полета, парения, планирования, подъема, приземления.
В мире насекомых обнаружено в то же время множество удивительно точно решенных задач не только из области аэродинамики, но и из многих других областей прикладной физики.
Те, кто занимается оптикой, находят у насекомых неожиданные приспособления для различения частей спектра, разных состояний света, цвета, яркости, формы, позиций, расстояний…
Звучащие и воспринимающие звук устройства насекомых давно привлекают внимание конструкторов, работающих над совершенствованием разных средств беспроволочной воздушной и подводной связи…
Стилеты жалоносных, буравы древоточцев, особенно яйцеклады рогохвостов — все эти гибкие и тонкие самозаглубляющиеся иглы, которыми многие наездники с загадочной быстротой пронзают древесину, давно привлекают внимание бурильщиков.
Точно так же и химический состав и физические свойства паутины пауков и шелковой нити завивающихся в кокон личинок сотен видов насекомых ждут анализа, обещающего сказать много интересного и поучительного текстильщикам, специалистам по органической химии, изобретателям новых пластмасс.
Особого внимания заслуживают антенны — усики насекомых. Обонятельная чувствительность этих органов превосходит всякое воображение.
Знаменитый исследователь насекомых Фабр показал, что самцы грушевой сатурнии могут находить самок за несколько километров. В опытах, проводившихся уже после Фабра, самцы безошибочно отличали ящички, в которых год назад содержались самки. А ведь стоит отрезать у бабочки обе антенны, как она совершенно теряет способность ориентироваться по запаху.
