Совы летают почти бесшумно благодаря сочетанию медленного полёта, широких крыльев и особого строения маховых перьев. Гребенчатый передний край, бархатистая поверхность и мягкая бахрома на заднем крае крыла изменяют движение воздуха и не дают сильному аэродинамическому шуму возникнуть. Полной тишины при этом нет, но по сравнению со многими другими птицами сову действительно трудно услышать в полёте.
Откуда берётся шум летящего крыла
Любое крыло создаёт подъёмную силу, взаимодействуя с воздухом. Поток встречает передний край, проходит над верхней и нижней поверхностями, а затем сходит с задней кромки. При этом возникают перепады давления, вихри и турбулентные колебания. Когда такие колебания взаимодействуют с твёрдой кромкой крыла, часть их энергии превращается в звук.
Шум усиливается при быстром движении. Кроме того, его могут создавать взмахи, колебания отдельных перьев и их трение друг о друга. Поэтому обычную птицу нередко слышно по характерному свисту, шороху или хлопкам крыльев ещё до того, как она окажется рядом.
Сова не устраняет сопротивление воздуха и не движется без вихрей. Её крылья устроены так, чтобы сделать наиболее шумные процессы слабее и менее согласованными. Вместо одного выраженного источника звука возникает множество небольших возмущений, каждое из которых звучит тише.
Широкие крылья позволяют лететь медленнее
У многих сов сравнительно большие и широкие крылья по отношению к массе тела. Такая форма создаёт достаточную подъёмную силу даже при небольшой скорости. Птица может медленно скользить над землёй, реже делать резкие взмахи и дольше удерживаться в воздухе во время поиска добычи.
Это важно, потому что аэродинамический шум очень чувствителен к скорости. Даже небольшое замедление способно заметно уменьшить громкость потока вокруг крыла. Медленный полёт можно считать первым уровнем совиной тишины.
Однако одной низкой скорости недостаточно. Полевые измерения пролёта птиц показали, что сипуха остаётся тише некоторых других хищных птиц даже после учёта различий в скорости. Значит, решающую роль играет не только форма крыла, но и устройство оперения.
Гребёнка на переднем крае разбивает поток
На переднем крае наружных маховых перьев совы находятся зубчатые структуры, похожие на маленькую гребёнку. Они образованы свободными окончаниями бородок пера, которые изгибаются и выступают навстречу воздушному потоку.
У крыла с ровным передним краем неоднородности воздуха воздействуют на чёткую кромку и вызывают колебания давления. Гребёнка меняет локальную скорость и направление потока ещё до его встречи с основной поверхностью пера. В экспериментах её присутствие давало небольшое увеличение подъёмной силы и при некоторых режимах, особенно при большом угле атаки, снижало шум планирования.
Иногда эту особенность описывают так, будто зубчики просто «разрезают воздух». Это слишком грубое объяснение. Они не уничтожают вихри, а меняют их размер, направление и взаимодействие с поверхностью крыла. Эффект зависит от скорости, угла атаки, формы зубчиков и состояния пера, поэтому работа передней гребёнки остаётся предметом аэродинамических исследований.
Бархатистая поверхность управляет мелкой турбулентностью
Верхняя сторона совиных маховых перьев покрыта тонкими мягкими выростами. Под увеличением поверхность выглядит не гладкой, а бархатистой. Эти микроструктуры взаимодействуют с тонким слоем воздуха, который движется непосредственно у крыла.
Предполагается, что бархатистый покров ослабляет мелкие турбулентные колебания, меняет свойства пограничного слоя и снижает высокочастотный шум. Он также может уменьшать звук, возникающий при соприкосновении и скольжении соседних перьев во время взмаха.
У этой особенности нет одного простого и окончательно доказанного объяснения. Эксперименты с искусственными бархатистыми покрытиями показывают, что такие поверхности способны менять спектр аэродинамического шума, особенно на высоких частотах. Но реальное совиное крыло гибкое, неоднородное и постоянно меняет форму, поэтому его нельзя полностью заменить плоской моделью в аэродинамической трубе.
Мягкая бахрома делает задний край крыла менее шумным
У обычного жёсткого крыла турбулентный пограничный слой достигает чёткой задней кромки. Перепады давления на этом крае рассеиваются в окружающее пространство в виде звуковых волн. Такой механизм называют шумом задней кромки.
У сов окончания бородок на заднем крае многих перьев не сцеплены в плотную пластину. Они образуют мягкую, гибкую бахрому. Поэтому поток покидает крыло не вдоль одной резкой линии, а через более плавную и частично проницаемую область.
Бахрома уменьшает согласованность вихрей и сглаживает резкое изменение давления. Она не столько поглощает уже появившийся звук, сколько мешает ему эффективно возникнуть. Исследования моделей совиного крыла показывают, что правильно устроенные гибкие края могут снижать шум и при этом сохранять необходимую аэродинамическую силу.
Почему работает именно сочетание приспособлений
Каждая особенность решает свою часть задачи. Большая площадь крыла позволяет лететь медленно. Передняя гребёнка меняет встречу крыла с набегающим потоком. Бархатистая поверхность воздействует на мелкие колебания воздуха и контакт перьев. Задняя бахрома ослабляет один из главных источников высокочастотного шума.
Эти приспособления действуют не изолированно. Гибкие перья немного смещаются, перекрывают друг друга и меняют форму при каждом взмахе. В результате крыло работает как сложная подвижная система, а не как жёсткая пластина с несколькими декоративными зубчиками.
Именно поэтому попытки скопировать одну совиную деталь на вентиляторе, турбине или самолётном крыле не всегда дают одинаковый результат. Эффект зависит от размеров, скорости потока, частоты вращения и сочетания нескольких элементов.
Насколько тих полёт совы на самом деле
Выражение «бесшумный полёт» условно. Чувствительные микрофоны регистрируют звук от совиного крыла, особенно на низких частотах. Птицу также можно услышать при резком взлёте, посадке, касании веток или движении среди листвы.
В одном исследовании с микрофонной решёткой сипуха при сопоставимой скорости создавала на несколько децибел меньше шума, чем пустельга и ястреб Харриса, в диапазоне выше примерно 1,6 килогерца. На частотах выше 6,3 килогерца звук её полёта в условиях той установки оказался слишком слабым для надёжного измерения. Это не означает абсолютной тишины, но подтверждает, что оперение действительно подавляет определённые составляющие шума.
Для человека особенно заметно отсутствие привычного высокочастотного шелеста. Поэтому сова может пролететь совсем близко и показаться беззвучной, хотя прибор всё равно обнаружит слабые колебания воздуха.
Зачем сове такой тихий полёт
Тишина даёт ночному хищнику два возможных преимущества. Во-первых, добыча позже замечает приближение опасности. Мелкие млекопитающие хорошо слышат шорохи и способны быстро спрятаться, поэтому отсутствие громкого взмаха увеличивает шанс успешной атаки.
Во-вторых, собственные крылья не заглушают звуки, по которым сова определяет положение добычи. Во время медленного полёта птица продолжает слушать шорох травы, писк и движение под листьями или снегом. Эти две причины не противоречат друг другу: тихий полёт может одновременно скрывать сову и помогать ей слышать.
Сравнение разных видов показывает, что у преимущественно ночных сов гребенчатые структуры переднего края в среднем развиты сильнее, чем у более дневных видов. Это поддерживает связь между тихим полётом и охотой с опорой на слух. Однако все совы отличаются образом жизни, поэтому степень выраженности приспособлений у них неодинакова.
Не все совы одинаково бесшумны
Сипуха стала главным объектом исследований, потому что её оперение особенно хорошо приспособлено к тихому медленному полёту. У других видов размер гребёнок, плотность бархатистого покрова, форма крыла и характер бахромы могут отличаться.
На громкость влияют также манёвр, скорость, состояние перьев и окружающая обстановка. Спокойное планирование в открытом пространстве звучит тише, чем быстрый разворот или взлёт. Поэтому правильнее говорить не о магической полной тишине, а о выдающемся снижении аэродинамического шума.
Короткий итог
Почти бесшумный полёт совы создаёт не одна необычная деталь, а целый комплекс приспособлений. Широкие крылья снижают необходимую скорость, гребёнка на переднем крае дробит возмущения потока, бархатистая поверхность воздействует на мелкую турбулентность, а мягкая бахрома делает сход воздуха с крыла менее резким.
Благодаря этому сова меньше выдаёт себя добыче и лучше различает слабые звуки во время охоты. Она всё же создаёт шум, но делает это намного тише и в менее заметном для слуха диапазоне, чем многие другие птицы сходного размера.
