作者:冯维维 来源:中国科学报 发布时间:2021/1/26 11:41:35
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蝴蝶展翅飞行之谜破解

 

 花朵上的银洗贝母蝶 图片来源:Alyona Butterfly / stock.adobe.com

一直以来,蝴蝶如何扇动翅膀飞行对于研究人员来说一直是一个谜,因为它们的翅膀相对于体型来说异常的大而宽。现在,瑞典隆德大学的研究人员在风洞中研究了蝴蝶的空气动力学。结果表明,蝴蝶使用了一种非常有效的拍手技巧,从而利用了它们独特的翅膀。这有助于它们在躲避捕食者时迅速起飞。这项研究解释了翅膀形状和翅膀灵活性的好处。

研究人员在风洞中研究了自由飞行的蝴蝶在起飞时的翼拍。在向上划水的过程中,它们的翅膀呈杯状,形成一个充满空气的口袋。当翅膀相撞时,空气就会被挤出来,形成一股向后的气流,推动蝴蝶向前飞。向下的翼拍还有另一个功能:蝴蝶能在空中停留,不会掉到地上。

近50年前,研究人员就描述了这种翅膀碰撞的现象,但只有在这项研究中,这个理论才在自由飞行的真实蝴蝶身上得到了验证。到目前为止,人们普遍认为蝴蝶翅膀在空气动力学方面效率低下,然而,研究人员认为事实恰恰相反。

“当蝴蝶拍翅膀时,翅膀是杯状的,这使得翅膀的拍打更加有效。这是一种优雅的机制,比我们想象的要先进得多,它很吸引人。当蝴蝶必须快速起飞以躲避捕食者时,这种技术就会让它们受益。”隆德大学的生物学研究者Per Henningsson说,他和同事Christoffer Johansson一起研究了蝴蝶的空气动力学。

“蝴蝶翅膀的形状和灵活性可以提高小型无人机的性能和飞行技术。”他补充说。

除了在风洞中研究蝴蝶外,在近日发表于英国《皇家学会界面期刊》的研究中,作者还模仿真实的蝴蝶设计了机械翅膀。机械机翼的形状和灵活性得到证实。

“我们的测量结果显示,与刚性机翼相比,柔性机翼产生的推动力提高了22%,效率提高了28%。”Christoffer Johansson总结道。

相关论文信息:https://doi.org/10.1098/rsif.2020.0854

 
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