新研究揭示出蜂鳥飛行的秘密
- 發佈時間：2014-11-28 00:51:32 來源：科技日報 責任編輯：羅伯特
科技日報訊 一簇簇花朵前，小小的蜂鳥時而懸停、時而快速轉向，超炫的飛行技術讓人驚訝不已。日前，一項針對蜂鳥的、迄今最精確的三維空氣動力學模擬實驗發現，蜂鳥具備如此敏捷的飛行能力是因為借助了一種與昆蟲更為接近的空氣動力學模式。這項研究是由美國范德比爾特大學機械工程師聯合北卡羅萊納大學教堂山分校的生物學家一同完成的。相關論文發表在英國皇家學會《界面》雜誌上。
曾經有一段時間，研究人員意識到蜂鳥和昆蟲的飛行之間存在相似性，但另外一些專家卻認為蜂鳥的翅膀具有和直升機螺旋槳類似的空氣動力學特性。
蜂鳥是世界上最小的鳥類，也是唯一可以向後飛行的鳥，不但能夠在空中懸停，還能進行快速移動。據物理學家組織網11月24日報道，為了破解蜂鳥這種獨特的能力，北卡羅萊納州立大學生物學副教授泰森·赫德里克在一隻雌性紅玉喉蜂鳥的翅膀上用一種無毒油漆做了9個標記點。而後，用四台每秒1000幀的高速錄影機對其在一株人造花朵前飛行的狀況進行了拍攝。接著范德比爾特大學機械工程學副教授羅浩祥（音譯）從視頻中提取這些點的位置數據，在三維空間中對蜂鳥飛行的整個過程進行重建。通過使用美國國家科學基金會和范德比爾特大學高級計算中心的超級電腦，對數以千計的流體動力學模型進行分析後，終於將蜂鳥的飛行模式精確地展示在了人們的面前。
新的模型顯示，蜂鳥通過振動翅膀産生的看不見的空氣漩渦實現懸停和快速移動。你可能會認為，只要蜂鳥拍動翅膀的速度足夠快、力量足夠大，就能産生足夠的浮力，幫助它們保持飛行狀態。但是，根據模擬，整個過程要複雜的多。例如，當蜂鳥向前、向下煽動翅膀的時候，會在前緣和後緣形成微小的漩渦，之後這兩個漩渦會合併成為一個單個較大的渦流，形成一個低壓區，從而提供升力。蜂鳥翅膀向下和向上的衝程都能産生一定的升力，而大型鳥類絕大多數的升力都是來自於翅膀向下衝程産生的升力。
研究人員稱，雖然蜂鳥比飛行昆蟲要大得多，飛行時周圍空氣攪動得也更為猛烈，但相比其他鳥類，它們的飛行方式與昆蟲更為相似。像蜻蜓、蒼蠅、蚊子這樣的昆蟲也可以懸停和前後左右擺動飛行。雖然它們的翅膀的外形和結構有很大的不同，但是它們都是通過翅膀産生不穩定的氣流來獲得飛行所需要的升力的。（王小龍）
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