作者:David Lentink 来源:《界面》 发布时间:2014/12/15 16:18:48
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新研究揭示出蜂鸟飞行的秘密

 

科技日报讯 一簇簇花朵前,小小的蜂鸟时而悬停、时而快速转向,超炫的飞行技术让人惊讶不已。日前,一项针对蜂鸟的、迄今最精确的三维空气动力学模拟实验发现,蜂鸟具备如此敏捷的飞行能力是因为借助了一种与昆虫更为接近的空气动力学模式。这项研究是由美国范德比尔特大学机械工程师联合北卡罗莱纳大学教堂山分校的生物学家一同完成的。相关论文发表在英国皇家学会《界面》杂志上。

曾经有一段时间,研究人员意识到蜂鸟和昆虫的飞行之间存在相似性,但另外一些专家却认为蜂鸟的翅膀具有和直升机螺旋桨类似的空气动力学特性。

蜂鸟是世界上最小的鸟类,也是唯一可以向后飞行的鸟,不但能够在空中悬停,还能进行快速移动。据物理学家组织网11月24日报道,为了破解蜂鸟这种独特的能力,北卡罗莱纳州立大学生物学副教授泰森·赫德里克在一只雌性红玉喉蜂鸟的翅膀上用一种无毒油漆做了9个标记点。而后,用四台每秒1000帧的高速摄像机对其在一株人造花朵前飞行的状况进行了拍摄。接着范德比尔特大学机械工程学副教授罗浩祥(音译)从视频中提取这些点的位置数据,在三维空间中对蜂鸟飞行的整个过程进行重建。通过使用美国国家科学基金会和范德比尔特大学高级计算中心的超级计算机,对数以千计的流体动力学模型进行分析后,终于将蜂鸟的飞行模式精确地展示在了人们的面前。

新的模型显示,蜂鸟通过振动翅膀产生的看不见的空气漩涡实现悬停和快速移动。你可能会认为,只要蜂鸟拍动翅膀的速度足够快、力量足够大,就能产生足够的浮力,帮助它们保持飞行状态。但是,根据模拟,整个过程要复杂的多。例如,当蜂鸟向前、向下煽动翅膀的时候,会在前缘和后缘形成微小的漩涡,之后这两个漩涡会合并成为一个单个较大的涡流,形成一个低压区,从而提供升力。蜂鸟翅膀向下和向上的冲程都能产生一定的升力,而大型鸟类绝大多数的升力都是来自于翅膀向下冲程产生的升力。

研究人员称,虽然蜂鸟比飞行昆虫要大得多,飞行时周围空气搅动得也更为猛烈,但相比其它鸟类,它们的飞行方式与昆虫更为相似。像蜻蜓、苍蝇、蚊子这样的昆虫也可以悬停和前后左右摆动飞行。虽然它们的翅膀的外形和结构有很大的不同,但是它们都是通过翅膀产生不稳定的气流来获得飞行所需要的升力的。(来源:科技日报 王小龙)

 
 
 
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