Крылья самолета — одни из важнейших его составляющих. Именно они обеспечивают подъемную аэродинамическую силу . Элементов у крыла самолета есть несколько. У каждого из них — своя отдельная функция, которая позволяет крылу правильно работать. На заре авиации инженеры понимали его важность для самолета.
С развитием в области появились разные варианты крыльев, которые применяются для различных моделей самолетов. Формы крыла и его размеры имеют важное значение для пассажирского лайнера или военного истребителя. О механизации крыла самолета, его конструкции и назначении и будет рассказано в этой статье.
Подъемная сила крыла самолета создается за счет разницы давления. Оно изменяется за счет нахождения потоков воздуха.
Принцип действия объясняется и ударной моделью Ньютона. Частицы воздуха наталкиваются на нижнюю полуплоскость крыла, который расположен под углом к потоку, и отскакивают вниз, выталкивая крыло наверх.
Строение крыла самолета.
Сколько крыльев у самолета? В классической модели их два — по одному с каждого бока.
Существует такое понятие, как размах крыла самолета. Это расстояние от вершины левой части крыла до верха правой. Оно измеряется по прямой линии и не зависит от формы или его стреловидности.
Об их устройстве
Совокупность всех элементов, из которого состоит крыло, называется его механизацией. Сюда входят закрылки, предкрылки, флапероны, спойлеры и т.д.
Его разделяют на три основные части. Это правая и левая полуплоскости и центроплан. Полуплоскости по-другому называют консолями. Это устройство крыла самолета, а о строении подробнее ниже.
Крыло самолета.
Закрылки
Закрылки видели все, кто садится у иллюминатора, около крыльев. Немногие знают, что это закрылки. Это отклоняемые поверхности. Их функция — повышение несущей способности крыльев при , посадке, полете на небольшой скорости.
Когда они не выпущены, то являются продолжением крыла. Во время их выпуска они отходят от него, образуя небольшие щели.
При взлете или посадке самолета обязательно выполняют выпуск закрылок. Зачем это делается? Это нужно, чтобы снизить скорость и увеличить аэродинамическое сопротивление. Есть и третья причина — перебалансировка воздушного судна.
Закрылки крыла самолета образуют от одной до трех щелей при их выпуске.
Флапероны
Они могут осуществлять и работу закрылков. Их используют на сверхлегких самолетах и радиоуправляемых моделях. У них есть один существенный минус — они так эффективны, как элероны.
Предкрылки
Их устанавливают впереди крыла. Как и закрылки, это отклоняющиеся поверхности. При их выпуске также образуется щель. Обычно они управляются одновременно с первыми, но ими можно руководить и отдельно.
Существует два типа предкрылок — автоматические и адаптивные.
Интерцепторы
Их другое название — спойлеры. Это отклоняемые или выпускаемые на поток поверхности крыла. Их задача состоит в том, чтобы увеличить аэродинамическое сопротивление и снизить подъемную силу.
Это его основные части, которые обеспечивают его бесперебойную работу.
Виды крыльев
Фото крыла самолета вы можете увидеть выше. Они сильно различаются по своей конструкции и особенностям строения.
По форме различают прямые, стреловидные, с обратной стреловидностью, треугольные, трапециевидные и т.д.
Более всего популярны именно стреловидные крылья. У них много преимуществ. Тут и увеличение подъемной силы и . Недостатки у него тоже есть, но все же они не так существенны за счет значительных плюсов.
Самолеты с обратной стреловидностью крыла — лучше управляемы на небольшой скорости, эффективны в том, что касается аэродинамических свойств. Из их минусов — для конструкции нужны специальные материалы, которые бы создавали достаточную жесткость крыла.
Крылья опираются на грудной пояс, который состоит из лопаток, коракоидов, сращенных ключиц, плечевой кости и костей крыльев (рисунок 1.8.1). Главные сухожилия, контролирующие движения крыльев, соединены с мощными грудными мышцами, прикрепленными к килю и ключицам.
Эта система служит для облегчения крыльев и находится ниже центра тяжести, повышая устойчивость птицы. Сразу под кожей лежат мощные мышцы, которые опускают крылья, толкая птицу вперед. Между ними и грудиной находятся надлопаточные мышцы, которые поднимают крылья, используя сухожилия, проходящие через блочные отверстия в каждом плече, называемые триассильными каналами. Поскольку поднимать крылья проще, чем опускать, надлопаточные мышцы по размеру составляют лишь 5-10% от грудных.
Грудные мышцы состоят из красных и белых мышечных волокон. Это более подробно обсуждается в 5.15. Грудные мышцы имеют почти в два раза больше митохондрий, чем надлопаточные и примерно в 1.5 раза большую окислительную активность. Мои данные по ястребу-перепелятнику, дербнику, обыкновенной пустельге, пятерым новозеландским соколам, двум обыкновенным сарычам, красному коршуну, балобану, Харрису и белоголовому сипу показывают, что грудные мышцы составляют 11.3 - 17.6% от общего веса тела, а надлопаточные - 0.9-1.5%. Белоголовый сип имеет относительно самые мощные грудные мышцы, что отражает масштаб такой большой птицы (9.25 килограмм), но в то же время у него самые маленькие надлопаточные мышцы (см. 1.16).
Ястребы имеют не только красные волокна, служащие для обычного полета, но и белые волокна, служащие для спринта. Это позволяет им взлетать с руки с силой взмывающего фазана. При ускорении и при наборе высоты ястребы развивают тяговую силу как при взмахе, так и при опускании крыла (см. 1.16). Плечи разворачиваются, обеспечивая направленный назад мах с помощью выемчатых первостепенных маховых, которые имея запас энергии, выпрямляются при взмахе. Надлопаточные мышцы, которые поднимают крылья, имеют относительно высокое содержание белых волокон и заметно бледнее. Они придают некоторую силу взмахам во время спринта.
Сокращающиеся грудные мышцы тянут вниз верхнюю часть крыла, или плечевую кость (рисунок 1.8.2). Она заполнена воздухом и сообщается с системой воздушных мешков. В своей плости она усилена небольшими крестообразными структурами. К плечевой кости крепятся только мелкие третьестепенные перья. От плечевой кости отходит лучевая и локтевая кости, к которым крепятся второстепенные маховые, каждое перо крепится двумя лигамеитами к небольшим костным узлам на локтевой кости. Второстепенные маховые обеспечивают подъем, их количество варьирует от десяти у ястребов до тринадцати у обыкновенного сарыча и двадцати пяти у орла-скомороха. Между 4 и 5 пером находится дополнительное кроющее или покровное перо, которое внешне выглядит как выпавшее второстепенное. Длинная и тонкая лучевая кость располагается вдоль внешнего края крыла, она действует как скрепляющая скоба. При сильном столкновении с препятствием, лучевая кость ломается в числе первых.
Между плечевой и лучевой костями (рисунок 1.8.2) находится большой лоскут кожи, называемый пропатагиум, который придает профилю крыла аэродинамически «ровный» край. Он удерживается двумя эластичными сухожилиями, которые идут к небольшим мышцам на плече. Если они ослабевают, то при опускании крыльев пропатагиум не может полностью сжаться и остается видимая складка. В некоторых линиях сапсанов это распространенное явление. Заметного влияния на полет птицы это не оказывает, однако, птицы с таким дефектом не должны использоваться для разведения. Если в результате несчастного случая эластичные сухожилия полностью разрываются, их необходимо очень точно сшить, если необходимо, чтобы птица полностью восстановила способность к полету и должный аэродинамический профиль крыла.
Лучевая и локтевая кости соединены с запястьем, или запястным суставом, который, как и наше запястье, является сложным по строению и движениям. Ушиб или повреждение сустава может вызвать отек суставной капсулы, известный как «волдырь» - воспаление сумки, похожее на травматический эпикондилит или препателлярный бурсит. Как и большинство проблем с суставами лечится покоем и теплом. Однако он может снова проявиться под влиянием напряжения и устойчиво сохраняться, в этом случае ловчую птицу следует оградить от требующего усилий полета.
От запястного сустава отходят две структуры: придаточное крыло и манус, или кисть. Придаточное крыло является рудиментом большого пальца и несет три маленьких жестких пера, называемых крылышком. Когда скорость проходящего через крыло воздуха падает ниже определенного значения, придаточное крыло выпрямляется и действуeт как Handley Page, выравнивая воздушный поток и гася турбулентность, что позволяет птице лететь медленнее, без сваливания. Это хорошо видно, когда птица приземляется или тормозит.
Кисть состоит из сращенных рудиментарных пальцев, к которым крепятся десять первостепенных маховых. Первостепенные маховые отвечают за тяговую силу. При складывании крыльев они прячутся под второстепенные маховые. Способ их работы сложен, как и работа крыла в целом. Следует скептически относится к заявлениям некоторых реабилитаторов, относительно того, что птица летает нормально только потому, что она может пролететь несколько сотен метров. Ястреб или крупный сокол после выздоровления может и способен на внешне нормальный крейсерский полет, но при этом у него может быть недостаточно сил, быстроты и выносливости для успешной атаки. Многие виды птиц, которые используют крылья в основном для перемещения, смогут пережить серьезные повреждения крыла, но активные хищники не смогут.
Самолёт – воздушное судно, без которого сегодня представить перемещение людей и грузов на большие расстояния невозможно. Разработка конструкции современного самолета, а также создание отдельных его элементов представляется важной и ответственной задачей. К этой работе допускают только высококвалифицированных инженеров, профильных специалистов, так как небольшая ошибка в расчётах или производственный брак приведут к фатальным последствиям для пилотов и пассажиров. Не представляет секрет, что любой самолёт имеет фюзеляж, несущие крылья, силовой агрегат, систему разнонаправленного управления и взлетно-посадочные устройства.
Ниже изложенная информация об особенностях устройства составных частей самолёта будет интересна для взрослых и детей, занимающихся конструкторской разработкой моделей летательных аппаратов, а также отдельных элементов.
Фюзеляж самолёта
Основной частью самолета является фюзеляж. На нем закрепляются остальные конструктивные элементы: крылья, хвост с оперением, шасси, а внутри размещается кабина управления, технические коммуникации, пассажиры, грузы и экипаж воздушного судна. Корпус самолёта собирается из продольных и поперечных силовых элементов, с последующей обшивкой металлом (в легкомоторных версиях – фанерой или пластиком).
Требования при проектировании фюзеляжа самолёта предъявляется к весу конструкции и максимальным характеристикам прочности. Добиться этого позволяет использование следующих принципов:
- Корпус фюзеляжа самолёта выполняется в форме, снижающей лобовое сопротивление воздушным массам и способствующей возникновению подъемной силы. Объем, габариты самолёта должны быть пропорционально взвешены;
- При проектировании предусматривают максимально плотную компоновку обшивки и силовых элементов корпуса для увеличения полезного объема фюзеляжа;
- Сосредотачивают внимание на простоте и надежности крепления крыловых сегментов, взлётно-посадочного оборудования, силовой установки;
- Места крепления грузов, размещения пассажиров, расходных материалов должны обеспечивать надёжное крепление и баланс самолёта при различных условиях эксплуатации;
- Место размещения экипажа должно предоставлять условия комфортного управления самолётом, доступ к основным приборам навигации и управления при экстремальных ситуациях;
- В период обслуживания самолёта предусмотрена возможность беспрепятственно провести диагностику и ремонт вышедших из строя узлов и агрегатов.
Прочность корпуса самолёта обязана обеспечивать противодействие нагрузкам при различных полётных условиях, в том числе:
- нагрузки в местах крепления основных элементов (крылья, хвост, шасси) в режимах взлёта и приземления;
- в полётный период выдерживать аэродинамическую нагрузку, с учётом инерционных сил веса самолёта, работы агрегатов, функционирования оборудования;
- перепады давления в герметически ограниченных отделах самолёта, постоянно возникающие при лётных перегрузках.
К основным типам конструкции корпуса самолёта относят плоский, одно,- и двухэтажный, широкий и узкий фюзеляж. Положительно зарекомендовали себя и используются фюзеляжи балочного типа, включающие варианты компоновки, которые носят название:
- Обшивочные – конструкция исключает продольно расположенные сегменты, усиление происходит за счёт шпангоутов;
- Лонжеронные – элемент имеет значительные габариты, и непосредственная нагрузка ложится именно на него;
- Стрингерные – имеют оригинальную форму, площадь и сечение меньше, чем в лонжеронном варианте.
Важно! Равномерное распределение нагрузки на все части самолёта осуществляется за счёт внутреннего каркаса фюзеляжа, который представлен соединением различных силовых элементов по всей длине конструкции.
Конструкция крыла
Крыло – один из основных конструктивных элементов самолёта, обеспечивающий создание подъёмной силы для полёта и маневрирования в воздушных массах. Крылья используют для размещения взлётно-посадочных устройств, силового агрегата, топлива и навесного оборудования. От правильного сочетания веса, прочности, жёсткости конструкции, аэродинамики, качества изготовления зависят эксплуатационные и лётные характеристики самолёта.
Основными частями крыла называется следующий перечень элементов:
- Корпус, сформированный из лонжеронов, стрингеров, нервюров, обшивки;
- Предкрылки и закрылки, обеспечивающие плавный взлёт и посадку;
- Интерцепторы и элероны – посредством них осуществляется управление самолётом в воздушном пространстве;
- Щитки тормозные, предназначенные для уменьшения скорости движения во время посадки;
- Пилоны, необходимые для крепления силовых агрегатов.
Конструктивно-силовая схема крыла (наличие и расположение деталей при нагрузочном воздействии) должна обеспечивать устойчивое противодействие силам кручения, сдвига и изгиба изделия. К ней относятся продольные, поперечные элементы, а также внешняя обшивка.
- К поперечным элементам относят нервюры;
- Продольный элемент представлен лонжеронами, которые могут быть в виде монолитной балки и представлять ферму. Располагаются по всему объёму внутренней части крыла. Участвуют в придании жёсткости конструкции, при воздействии сгибающей и поперечной силы на всех этапах полёта;
- Стрингер также относят к продольным элементам. Его размещение – вдоль крыла по всему размаху. Работает как компенсатор осевого напряжения нагрузок изгиба крыла;
- Нервюры – элемент поперечного размещения. В конструкции представлены фермами и тонкими балками. Придаёт профиль крылу. Обеспечивает жесткость поверхности при распределении равномерной нагрузки во время создания полётной воздушной подушки, а также крепления силового агрегата;
- Обшивка придаёт форму крылу, обеспечивая максимальную аэродинамическую подъёмную силу. Вместе с другими элементами конструкции увеличивает жёсткость крыла и компенсирует действие внешних нагрузок.
Классификация крыльев самолёта осуществляется в зависимости от конструктивных особенностей и степени работы наружной обшивки, в том числе:
- Лонжеронного типа. Характеризуются незначительной толщиной обшивки, образующей замкнутый контур с поверхностью лонжеронов.
- Моноблочного типа. Основная внешняя нагрузка распределяется по поверхности толстой обшивки, закреплённой массивным набором стрингеров. Обшивка может быть монолитной или состоять из нескольких слоёв.
Важно! Стыковка частей крыльев, последующее их крепление должны обеспечивать передачу, распределение изгибающего и крутящего моментов, возникающих при различных режимах эксплуатации.
Авиадвигатели
Благодаря постоянному совершенствованию авиационных силовых агрегатов продолжается развитие современного самолётостроения. Первые полёты не могли быть длительными и совершались исключительно с одним пилотом именно потому, что не существовало мощных двигателей, способных развить необходимую тяговую силу. За весь прошедший период авиацией использовались следующие типы двигателей самолёта:
- Паровые. Принцип работы заключался в преобразовании энергии пара в поступательное движение, передающееся на винт самолёта. Из-за низкого коэффициента полезного действия использовался непродолжительное время на первых авиамоделях;
- Поршневые – стандартные двигатели с внутренним сгоранием топлива и передачей крутящего момента на винты. Доступность изготовления из современных материалов позволяет их использование до настоящего времени на отдельных моделях самолётов. КПД представлен не более 55.0%, но высокая надежность и неприхотливость в обслуживании делают двигатель привлекательным;
- Реактивные. Принцип действия основан на преобразовании энергии интенсивного сгорания авиационного топлива в необходимую для полёта тягу. Сегодня такой тип двигателей наиболее востребован в авиастроительстве;
- Газотурбинные. Работают по принципу пограничного нагрева и сжатия газа сгорания топлива, направленного на вращение турбинного агрегата. Получили широкое распространение в авиации военного назначения. Используются в самолётах типа Су-27, МиГ-29, F-22, F-35;
- Турбовинтовые. Один из вариантов газотурбинных двигателей. Но полученная при работе энергия преобразовывается в приводную для винта самолёта. Небольшая её часть используется для образования реактивной толкающей струи. Применяют, в основном, в гражданской авиации;
- Турбовентиляторные. Характеризуются высоким КПД. Применяемая технология нагнетания дополнительного воздуха для полного сгорания топлива обеспечивает максимальную эффективность работы и высокую экологическую безопасность. Такие двигатели нашли своё применение при создании больших авиалайнеров.
Важно! Перечень двигателей, разрабатываемых авиаконструкторами, вышеуказанным перечнем не ограничивается. В разное время неоднократно принимались попытки создавать различные вариации силовых агрегатов. В прошлом веке даже велись работы по конструированию атомных двигателей в интересах авиации. Опытные образцы были опробованы в СССР (ТУ-95, АН-22) и США (Convair NB-36H), но были сняты с испытания в связи с высокой экологической опасностью при авиационных катастрофах.
Органы управления и сигнализации
Комплекс бортового оборудования, командные и исполнительные устройства самолёта называют органами управления. Команды подаются из пилотной кабины, а выполняются элементами плоскости крыла, оперением хвоста. На разных типах самолётов используются различные типы систем управления: ручная, полуавтоматическая и полностью автоматизированная.
Органы управления, независимо от типа системы управления, разделяют следующим образом:
- Основное управление, включающее в себя действия, отвечающие за регулировку лётных режимов, восстановление продольного баланса самолёта в заранее заданных параметров, они включают:
- рычаги, непосредственно управляемые пилотом (штурвал, рули высоты, горизонта, командные панели);
- коммуникации для соединения управляющих рычагов с элементами исполнительных механизмов;
- непосредственные исполняющие устройства (элероны, стабилизаторы, сполерные системы, закрылки, предкрылки).
- Дополнительное управление, используемое при взлётном или посадочном режимах.
При применении ручного или полуавтоматического управления воздушным судном пилота можно считать неотъемлемой частью системы. Только он может проводить сбор и анализ информации о положении самолёта, нагрузочных показателях, соответствии направления полёта с плановыми данными, принимать соответствующее обстановке решение.
Для получения объективной информации о лётной обстановке, состоянии узлов самолёта пилот использует группы приборов, назовем основные:
- Пилотажные и используемые для навигационных целей. Определяют координаты, горизонтальное и вертикальное положение, скорость, линейные отклонения. Контролируют угол атаки по отношению к встречному потоку воздуха, работу гироскопических устройств и многие не менее значимые параметры полёта. На современных моделях самолётов объединены в единый пилотажно-навигационный комплекс;
- Для контроля работы силового агрегата. Обеспечивают пилота информацией о температуре и давлении масла и авиационного топлива, расход рабочей смеси, количество оборотов коленчатых валов, вибрационный показатель (тахометры, датчики, термометры и подобное);
- Для наблюдения за функционированием дополнительного оборудования и авиационных систем. Включают в себя комплекс измерительных приборов, элементы которого размещены практически во всех конструктивных частях самолёта (манометры, указателя расходования воздуха, перепада давления в герметических закрытых кабинах, положения закрылков, стабилизирующих устройств и тому подобное);
- Для оценки состояния окружающей атмосферы. Основными измеряемыми параметрами являются температура наружного воздуха, состояние атмосферного давления, влажность, скоростные показатели перемещения воздушных масс. Используются специальные барометры и другие адаптированные измерительные приборы.
Важно! Измерительные приборы, используемые для мониторинга состояния машины и внешней среды, специально разработаны и адаптированы для сложных условий эксплуатации.
Взлётно-посадочные системы 2280
Взлёт и посадку считают ответственными периодами при эксплуатации самолёта. В этот период возникают максимальные нагрузки на всю конструкцию. Гарантировать приемлемый разгон для поднятия в небо и мягкое касание поверхности посадочной полосы могут только надёжно сконструированные стойки шасси. В полете они служат дополнительным элементом придания жесткости крыльям.
Конструкция наиболее распространённых моделей шасси представлена следующими элементами:
- подкос складной, компенсирующий лотовые нагрузки;
- амортизатор (группа), обеспечивает плавность хода самолёта при движении по взлетно-посадочной полосе, компенсирует удары во время контакта с землёй, может устанавливаться в комплекте с демпферами-стабилизаторами;
- раскосы, выполняющие роль усилителя жесткости конструкции, могут называться стержнями, располагаются диагонально по отношению к стойке;
- траверсы, крепящиеся к конструкции фюзеляжа и крыльям стойки шасси;
- механизм ориентирования – для управления направлением движения на полосе;
- замочные системы, обеспечивающие крепление стойки в необходимом положении;
- цилиндры, предназначенные для выпуска и убирания шасси.
Сколько колес размещено у самолета? Количество колёс определяется в зависимости от модели, веса и назначения воздушного судна. Наиболее распространённым считают размещение двух основных стоек с двумя колёсами. Более тяжёлые модели – трёх стоечные (размещены под носовой частью и крыльях), четырёх стоечные – две основные и две дополнительные опорные.
Видео
Описанное устройство самолета даёт лишь общее представление об основных конструктивных составляющих, позволяет определить степень важности каждого элемента при эксплуатации воздушного судна. Дальнейшее изучение требует глубокой инженерной подготовки, наличия специальных знаний аэродинамики, сопротивления материалов, гидравлики и электрооборудования. На производственных предприятиях авиастроения этими вопросами занимаются люди, прошедшие обучение и специальную подготовку. Самостоятельно изучить все этапы создания самолёта можно, только для этого следует запастись терпением и быть готовым к получению новых знаний.
Когда птицы обрели способность летать, их строение претерпело заметные изменения по сравнению с тем, которое было свойственно их предкам – рептилиям. Чтобы вес тела животного был по возможности уменьшен, часть органов стала более компактными, тогда как другие был и вовсе утрачены. Что же касается чешуек, то на их место пришли перья.
Те из тяжелых структур, которые имели жизненно важное значение, были перемещены ближе к центру тела, чтобы улучшить его балансировку. Кроме этого, регулируемость, скорость и эффективность всех физиологических процессов заметно повысилась, что обеспечило ту мощность полета, которая требовалась животному.
Скелет птиц
Для птичьего скелета характеры уникальные жесткость и легкость. Облегчение скелета было достигнуто благодаря тому, что ряд элементов был редуцирован (в первую очередь в конечностях птиц), а также благодаря тому, что внутри некоторых костей появились воздухоносные полости. Жесткость же была обеспечена срастанием ряда структур.
В целях удобства описания, скелет птиц делят на скелет конечностей осевой скелет. Последний включает в себя грудину, ребра, позвоночник и череп, а второй состоит из дуговидных плечевого и тазового пояса c костями прикрепленных к ним задних и передних сводных конечностей.
Строение черепа у птиц
Для птичьего черепа характерны глазницы огромного размера. Их размер настолько велик, что прилегающая к ним сзади мозговая коробка как бы потеснена глазницами назад.
Очень сильно выступающие вперед кости образуют не имеющую зубов верхнюю и нижнюю челюсти, которые соответствуют надклювью и подклювью. Под нижним краем глазниц и почти вплотную к ним расположены ушные отверстия. В отличие от верхней части челюсти у людей, птичья верхняя челюсть подвижна, благодаря тому, что имеет особое, шарнирное прикрепление к мозговой коробке.
Позвоночник птиц состоит из множества мелких косточек, именуемых позвонками, которые располагаются один за другим, начиная от основания черепа до окончания хвоста. Шейные позвонки обособленны, очень подвижны и их как минимум вдвое больше, чем у большинства млекопитающих, включая людей. Благодаря этому птицы могут очень сильно наклонять голову и поворачивать ее практически в любом направлении.
Позвонки грудного отдела сочленяются с ребрами и в большинстве случаев прочно сращены друг с другом. В тазовой области позвонки слиты в одну длинную кость, называемую сложным крестцом. Для таких птиц характерна необычайно жесткая спина. Оставшиеся, хвостовые позвонки достаточно подвижны, кроме нескольких последних, слитых в единую кость называемую пигостилем. По своей форме они напоминают лемех плуга и являются скелетной опорой для имеющих большую длину рулевых хвостовых перьев.
Грудная клетка у птиц
Сердце и легкие птицы снаружи защищены и окружены ребрами и грудными позвонками. Быстролетающим птицам присуща чрезвычайно широкая грудина, разросшаяся в киль. Это обеспечивает эффективное прикрепление главных летательных мышц. В большинстве случаев, чем больше у птицы киль, тем сильнее у нее полет. У птиц, которые совершенно не летают, киль отсутствует.
Связывающий крылья с остевым скелетом плечевой пояс с каждой стороны образован тремя костями, которые расположены наподобие треножника. Одна ножка этой конструкции (воронья кость – коракоид) упирается в грудину птицы, вторая кость, являющаяся лопаткой, лежит на ребрах животного, а третья (ключица) сливается с противоположной ключицей в единую кость называемую «вилочка». Лопатка и коракоид в том месте, где они сходятся, образуют суставную впадину, в которой и поворачивается головка плечевой кости.
Строение крыльев у птиц
В общем, кости птичьих крыльев те же, что и кости человеческой руки. Точно так же как и у людей, единственной костью верхнего отдела конечностей является плечевая кость, которая сочленяется в локтевом суставе с двумя костями (локтевой и лучевой) предплечья. Ниже начинается кисть, многие элементы которой, в отличие от их человеческих аналогов, слиты между собой или же вовсе утрачены. В итоге остаются только две кости запястья, одна пряжка (пястно-запястная кость крупного размера) и четыре фаланговых кости, которые соответствуют трем пальцам.
Птичье крыло намного легче, чем конечность любого другого наземного позвоночного, сходного по размерам с птицей. И это объясняется не только тем, что птичья кисть включает в себя меньше элементов. Причина еще и в том, что длинные кости предплечья и плеча птицы являются пустотелыми.
Причем в плечевой кости находится специфический воздушный мешок, который относится к дыхательной системе. Дополнительное облегчение крылу придает то, что крупные мышцы в нем отсутствуют. Вместо мышц главные движения крыльев контролируются с помощью сухожилий очень развитой мускулатуры грудины.
Отходящие от кисти летательные перья называются первостепенными (большими) маховыми перьями, а те которые прикреплены в районе локтевых костей предплечья, называются второстепенными (малыми) маховыми перьями. Помимо этого разливается еще три пера крыла, которые прикреплены к первому пальцу, а также кроющие перья, которые гладко, наподобие черепицы, налегают на основания маховых перьев.
Что касается тазового пояса птиц, то с каждой стороны тела он состоит из трех костей, слитых между собой. Это подвздошная, лобковая и седалищная кости, причем подвздошная кость сращена со сложным по своей структуре крестцом. Такая сложная конструкция защищает почки снаружи, одновременно обеспечивая прочную связь ног с плечевым скелетом. Там, где три кости относящиеся к тазовому поясу сходятся друг с другом, находится значительная по своей глубине вертлужная впадина. В ней вращается головка бедренной кости.
Устройство ног у птиц
Как и у людей, бедренная кость птиц является стержнем верхнего отдела нижних конечностей. В коленном суставе к этой кости причленяется голень. Но если у людей в состав голени входит малая и большая берцовые кости, то у птиц они сращены между собой, а также с одной косточкой предплюсны или с несколькими. Вместе этот элемент называется тибиотарзус. Что же касается малой берцовой кости, то от нее остался заметен только коротенький тонкий рудимент, который прилегает к тибиотарзусу.
Устройство стоп у птиц
Во внутрипредплюсневом (голеностопном) суставе, к тибиотарзусу причленяется стопа, которая состоит из одной длинной кости, костей пальцев и цевки. Последняя образована элементами плюсны, которые сращены между собой, а также несколькими предплюсневыми нижними косточками.
Большинство птиц имеет четыре пальца, каждый из которых причленен к цевке и заканчивается когтем. Первый палец у птиц обращен назад. Остальные пальцы в большинстве случаев направлены вперед. Отдельные виды имеют обращенный назад (как и первый) второй или же четвертый палец. Следует отметить, что у стрижей первый палец, направлен, как и остальные пальцы, вперед, тогда как у скопы он может поворачиваться в обе стороны. Цевка у птиц на землю не опирается, и они ходят только на пальцах, не опираясь на грунт пяткой.
Мышечная система у птиц
Ноги крылья и прочие часть тела птицы, приводятся в движение с помощью примерно 175 различных скелетных попречнополосатых мышц. Эти мышцы еще называют произвольными, поскольку их сокращения могут контролироваться сознанием и, соответственно, они могут быть произвольными. Как правило, эти мышцы парные, расположенные симметрично на правой и левой стороне тела.
Основными мышцами обеспечивающими полет являются грудная мышца и надкоракоидная. И та и другая мышца начинаются на грудине. Наиболее крупная мышца – грудная. Она тянет крыло вниз обусловливая самым движение птицы в воздухе вверх и вперед. А надкоракоидная мышца поднимает крыло вверх, в противоположном работе грудной мышцы направлении, подготавливая его к очередному взмаху. Надо сказать, что у индейки и домашней курицы, эти две мышцы считаются «белым мясом», тогда как остальные мышцы относятся к «темному мясу».
Кроме скелетной произвольной мускулатуры, птицы имеют, как и прочие позвоночные, гладкую мускулатуру, которая слоями залегает в стенках органов мочеполовой, пищеварительной, сосудистой и дыхательной систем. Кроме этого гладкие мышцы есть и в коже. Именно ими обусловлены движения перьев. Есть гладкая мускулатура и в глазах: благодаря ей обеспечивается фокусировка изображения на сетчатке. Такую мускулатуру в противоположность поперечно-полосчатой именуют непроизвольной мускулатурой, поскольку она работает без волевого контроля.
Нервная система у птиц
Центральная нервная система птиц состоит из спинного и головного мозга, образованных множеством нейронов нервных клеток.
Наиболее заметной частью головного мозга у птиц являются большие полушария, которые представляют собой центр, в котором происходит высшая нервная деятельность. Поверхность этих полушарий не имеет ни извилин, ни борозд, типичных для многих млекопитающих, а ее площадь достаточно мала, что совпадает с относительно низко развитым интеллектом основной массы птиц. Внутри больших полушарий размещаются центры координации тех форм активности, которые связаны с инстинктом, включая инстинкты кормежки и пения.
Особый интерес представляет птичий мозжечок, который находиться сразу за большими полушариями, и покрыт извилинами и бороздами. Его большой размер и строение, соответствуют тем сложным задачам, которые связаны с сохранением в воздухе равновесия и координацией множества движений необходимых для полета.
Сердечно-сосудистая система у птиц
По отношению к размерам тела, сердце у птиц, заметно крупнее чем у млекопитающих того же размера. При этом замечено, что чем мельче конкретный вид птиц, тем более крупным будет его сердце (разумеется, относительно размеров ее тела). К примеру, у колибри масса сердца составляет 2,75% от массы всего тела. Это необходимо, чтобы все многолетающие птицы могли обеспечить быструю циркуляцию крови. То же самое относится и к тем видам пернатых, которые обитают на больших высотах или в холодных областях. И, так же как и у млекопитающих животных, у птиц сердце четырехкамерное.
Частота сердечных сокращений находится в зависимости от размеров сердца и самого животного, а также от степени нагрузки. К примеру, частота сердечных сокращений у отдыхающего страуса составляет около 70 уд/мин, тогда как у колибри во время полета она поднимается до 615 уд/мин. При этом, чрезмерный испуг может испугать птицу настолько, что повысившееся давление может привести к тому, что артерии лопаются и птица умирает.
Так же как и млекопитающие, птицы являются теплокровными животными, При этом, диапазон нормальных температур их тел, у них выше, чем у людей и колеблется в диапазоне от 37,7 до 43,5 градусов. Как правило, птичья кровь содержит больше эритроцитов, чем у основной массы млекопитающих. Благодаря этому птичья кровь может перенести больше кислорода за единицу времени, что очень важно для полета.
Дыхательная система у птиц
Почти у всех птиц ноздри ведут в находящиеся у основания клюва носовые полости. Но есть и исключения: олуши, бакланы и некоторые другие виды пернатых не имеют ноздрей и поэтому вынуждены дышать через рот. Попавший в нос или рот воздух перемещается в гортань, за которой начинается трахея.
В отличие от млекопитающих, гортань птиц звуков не производит, будучи лишь клапанным аппаратом, который защищает нижние дыхательные пути от того, чтобы в них попадала вода и пища.
Ближе к легким трахея разделяется на два бронха, которые входят по одному в каждое легкое. В той точке, где они разделяются, располагается нижняя гортань, которая и служит птице голосовым аппаратом. Образована она окостеневшими расширенными костями трахеи и бронхов, а также внутренними перепонками. К оным прикрепляются пары специальных певчих мышц. Когда выдыхаемый из легких воздух проходит через нижнюю гортань, он приводит к вибрации перепонок, что и производит звуки. У тех птиц, для которых характерен широкий диапазон издаваемых тонов, имеется больше напрягающих голосовые перепонки певчих мышц, чем у тех видов, которые поют откровенно плохо.
Каждый бронх разделяется при входе в легкие на тонкие трубочки. Стенки этих трубочек пронизаны кровеносными капиллярами, которые получают кислород из воздуха и отдают обратно в него углекислый газ. Эти трубочки направляются в тонкостенные воздушные мешки, напоминающие не пронизанные капиллярами мыльные пузыри. Находятся эти мешки за пределами легких – в районе таза, плеч, шеи, вокруг пищеварительных органов и нижней гортани и даже приникают в крупные кости крыльев и ног.
Когда птица делает вдох, воздух через трубочки попадает в эти самые мешки, а при выдохе он из мешков идет по трубочкам через легкие, где снова происходит газообмен. Благодаря такому двойному дыханию, снабжение организма кислородом увеличивается, что создает более благоприятные условия для полета.
Кроме этого воздушные мешки увлажняют воздух, а также регулируют температуру тела. Это достигается за счет того, что в результате испарения и излучения, окружающие ткани могут терять тепло. В итоге птицы обретают способность, словно потеть изнутри, что является достойной компенсацией отсутствия у птиц потовых желез. Кроме того, воздушные мешки способствуют удалению из организма излишней жидкости.
Устройство пищеварительной системы у птиц
В целом можно сказать, что пищеварительная система птиц представляет собой простирающуюся от клюва вплоть до отверстия клоаки полую трубку. Эта трубка выполняет сразу множество функций, принимая в себя корм, выделяя соки с ферментами, которые расщепляют пищу, всасывает вещества, а также выводит наружу не переварившиеся остатки пищи. Однако, несмотря на то, что у всех птиц строение пищеварительной системы, как и ее функции, одинаковы, в некоторых деталях имеются различия, которые связаны с кормовыми повадками, а также с рационом конкретной группы пернатых.
Процесс пищеварения начинается с попадания пищи в рот. Основная масса птиц обладает слюнными железами, которые выделяют смачивающую корм слюну, с него и начинается переваривание пищи. У некоторых птиц, например у стрижеобразных, слюнные железы секретируют липкую жидкость, которая используется для строительства гнезд.
Функции и форма языка, впрочем как и клюва птицы, зависят от того какой образ жизни ведет тот или иной вид птиц. Язык может использоваться как для держания корма во рту, так и для манипуляций с ним в ротовой полости, а также для определения вкуса пищи и ее ощупывания.
Колибри и дятлы, обладают очень длинным языком, который они могут высовывать далеко за пределы своего клюва. У отдельных дятлов на конце языка имеются направленные назад зазубрины, благодаря которым птица может вытащить на поверхность находящихся в коре насекомых и их личинок. А вот у язык, как правило, на конце раздвоен и свернут в трубочку, что помогает высасывать нектар из цветков.
Фазановых, тетеревиных и индеек, а также у некоторых других птиц, часть пищевода постоянно расширена (ее называют зобом) и используется для накопления пищи. У многих птиц пищевод является достаточно растяжимым и может в течение некоторого времени вмещать в себя значительное количество пищи еще до того как она поступит в желудок.
Желудок у птиц делится на железистую и мускульную («пупок») часть. Железистая часть секретирует, расщепляющий пищу на пригодные для последующего всасывания вещества, желудочный сок. Мускульная часть желудка характеризуется толстыми стенками и твердыми внутренними гребнями, размалывающими пищу, которая получена из железистого желудка, что выполняет компенсирующую функцию для этих не имеющих зубов животных. Особенно толстыми мышечные стенки являются у тех птиц, которые питаются семенами и прочими твердыми кормами. Поскольку часть попавшего в желудок корма может быть непереваренной (например, твердые части насекомых, волосы, перья, части костей и пр.) то у многих хищных птиц в «пупке» образуются округлые плоские погадки, которые время от времени отрыгиваются.
Продолжается пищеварительный тракт тонкой кишкой, которая следует сразу же за желудком. Именно там происходит окончательное переваривание пищи. Толстая кишка у птиц, представляет собой ведущую в клоаку толстую прямую трубку. Кроме нее в клоаку открываются еще и протоки мочеполовой системы. В результате в клоаку попадают как фекальные массы, так и сперма, яйца и моча. И все эти продукты покидают тело птицы через это одно отверстие.
Мочеполовая система у птиц
Мочеполовой комплекс состоит из выделительной и репродуктивной систем, которые очень тесно между собой связаны. Выделительная система функционирует беспрерывно, тогда как вторая активизируется только в определенное время года.
Выделительная система состоит из ряда органов, среди которых, в первую очередь, следует назвать две почки, которые извлекают из крови отходы жизнедеятельности и образуют мочу. Мочевого пузыря у птиц нет, поэтому моча через мочеточники поступает прямо в клоаку, где основная масса воды снова всасывается в организм. Оставшийся после этого похожий на кашу белый остаток, вместе с поступившими из толстой кишки фекалиями темного цвета выбрасывается наружу.
Репродуктивная система у птиц
Эта система состоит из половых желез (гонад) и трубок, которые отходят от них. Мужские гонады представлены парой семенников, в которых формируются гаметы (мужские половые клетки) – сперматозоиды. Форма у семенников либо эллиптическая, либо овальная, при этом левый семенник, как правило, крупнее правого. Семенники находится в полости тела рядом с передним концом каждой почки. С приближением брачного сезона гормоны гипофиза, за счет своего стимулирующего действия, увеличивают семенники в несколько сотен раз. По тонкому и извилистому, семявыносящему протоку сперматозоиды из каждого семенника попадают в семенной пузырек. Именно там они и накапливаются, сохраняясь до копуляции и происходящего в этот момент семяизвержения. При этом они попадают в клоаку и выходят наружу через ее отверстие.
Яичники (женские гонады) образуют яйцеклетки (женские гаметы). Основная масса имеет только один (левый) яичник. Яйцеклетка, если сравнивать ее с микроскопическим сперматозоидом имеет огромный размер. В плане массы, ее основную часть составляет желток, который является питательным материалом для, начавшего развиваться после оплодотворения, зародыша. Яйцеклетка из яичника попадает в яйцевод, мышцы которого проталкивают яйцеклетку мимо всевозможных железистых областей находящихся в стенах яйцевода. С их помощью желток окружается белком, находящимися под скорлупой оболочками и состоящей по большей части из кальция скорлупой. В конце добавляются пигменты, окрашивающие скорлупу в тот или иной цвет. На то, чтобы яйцеклетка развилась готовое к откладке яйцо, требуется около суток.
Для птиц характерно внутреннее оплодотворение. Во время копуляции сперматозоиды попадают в клоаку самки и затем перемещаются вверх по яйцеводу. Женская и мужская гаметы (то есть, собственно оплодотворение) происходит в верхнем конце яйцевода еще до того, как яйцеклетка будет покрыта белком, подскорлуповыми оболочками и скорлупой.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .
