鸟儿,人类的飞行老师

　　“海阔凭鱼跃，天高任鸟飞”。自从地球出现生命的那一刻起，动物们就在恶劣复杂的环境中生存和发展。在艰难漫长的进化过程中，它们的形体和器官渐渐适应了大自然的变化，具备了独特的求生本领。 　　仿生学的历史，就是人类向动物求教的历史。飞机从其诞生到广泛应用，就是人类不断向鸟儿学习的过程。 　　千年飞翔梦 　　自古以来，人类就梦想着有朝一日能飞上蓝天。看着鸟儿在白云间自由地翱翔，祖先们是多么地向往！古希腊神话中有一个动人的故事，一个名叫伊卡尔的勇敢少年，装上一对蜡做的翅膀飞上了蓝天。他越飞越高，结果太阳的热力把蜡烤融了，少年不幸掉进了爱琴海。 　　2300多年前，我国春秋时期著名的学者墨子，带着一群徒弟，花了三年的时间研究鸟类飞行，结果造出了一只会飞的木鸟。木鸟飞啊飞啊，在空中盘旋了一整天。同时代的能工巧匠鲁班，也曾用竹子做成一只竹鸟，试飞时竟飞了三天三夜。 　　相传我国汉朝有一个勇敢的“插翼人”，为了深入敌营进行侦察，曾在身上装上一对大鸟的翅膀，头上和身上插上大鸟的羽毛，结果他在空中滑翔了几百米远。据史书记载，当时的科学家张衡曾制作出一只很精致的木鸟，木鸟的身上有羽毛，鸟肚子有机关，能飞好几里路。 　　在国外，2000多年前的希腊人阿奇太发明过机械鸽子。15世纪时，德国人米勒制造出“铁苍蝇”和“机械鹰”，也都飞上了天。 　　历史上有确切记载的第一个仿鸟飞行机模型，是15世纪意大利画家和工程师达・芬奇设计出来的。他对鸟类、蝙蝠的飞行进行了长时间的观察，设计出一架扑翼机，靠人用脚蹬的方式来扑动双翼飞行。不过，这个设计当时只停留在图纸上，并没有施工，后来证明也是行不通的。 　　17世纪中期，法国有个名叫居尼埃的锁匠，制造了一个飞行十字架。他在肩上放着两根杆子，杆子头上各装上一对长方形的活动翼，杆头向上摆动时，活动翼收拢，向下摆动时，活动翼展开。居尼埃奋力摆动两根杆子，企图升上天，结果还是失败了。 　　鸟有翅膀能飞，人插上翅膀为什么飞不起来呢？ 　　经过长期研究，人们终于了解到，鸟类能飞，不光是因为有翅膀，还在于它们的身体结构适应了飞行的需要。鸟类的身体是流线型的，骨头很轻，飞行阻力小，它的胸肌约占其体重的三分之一，是天然的发动机。鸟类还有特别发达的大片胸骨，用来附着胸肌并作为翅膀的基座。 　　与鸟相比，显然人的体形不是流线型，骨胳很重，肌肉又分散在全身各处，臂肌和胸肌并不特别发达。如果一个人想凭自身的力量飞行，至少需要15千克重的胸肌和臂肌，同时胸骨也要向外突出1米才行。即便如此，人体“肌肉发动机”的功率，也仅仅相当于鸟类的十分之一到四分之一，差得太远了。 　　要像鸟儿那样自由地飞翔，人类只有借助于机械动力的飞行器。 　　向鸟儿学习 　　公元1800年，英国科学家、空气动力学的创始人之一凯利，模仿山鹬的纺锤形，找到阻力小的流线型结构。凯利还模仿鸟翅设计了一种机翼曲线，与现代飞机机翼面曲线几乎完全相同，对航空技术的诞生起了很大的促进作用。 　　同一时期，法国生理学家马雷，对鸟的飞行进行了仔细的研究，他的著作《动物的机器》一书中，介绍了鸟类的体重与翅膀面积的关系。 　　德国人亥姆霍兹也从研究飞行动物中，发现飞行动物的体重与身体的线度的立方成正比。亥姆霍兹的研究指出了飞行物体身体大小的局限。 　　大约100多年以前，美国有俩兄弟立志要发明载人的飞行器，他们是威尔伯・莱特和奥维尔・莱特。兄弟俩经常到郊外去，连续几小时仰卧在地上，仔细观察老鹰的升降和盘旋。在家里，他们就一起阅读有关飞行的书籍。 　　在这些书籍中，法国生理学家马雷写的《动物的机器》，成了莱特兄弟的经典，英国科学家凯利的理论对兄弟俩也很有启发。 　　莱特兄弟经常因钻研这些飞行理论而废寝忘餐。当时，欧美已有少数人在致力于飞行器的制造，但都没有成功。莱特兄弟汲取前人的失败教训，运用仿生的原理，用帆布、轻质木材和一台12千瓦的汽油内燃机，制成了一架简陋的螺旋桨飞机。兄弟俩把它命名为“飞行者一号”。 　　1903年12月17日上午10时35分，弟弟奥维尔驾驶“飞行者一号”，在哥哥威尔伯和亲友的欢呼声中起飞了。在马达的轰鸣声中，“飞行者一号”飞行了40米，在空中逗留了12秒。 　　这是多么值得纪念的12秒――它宣告了人类历史上第一次载人飞行获得了成功。人类在天空飞翔的梦想终于实现了！ 　　“飞行者一号”的上天，是仿生学的巨大成功。一个多世纪过去了，当今天的人们乘坐飞机遨游蓝天的时候，不会忘记那些追梦的先驱们者们，当然，也不会忘记我们的启蒙老师――飞鸟。 　　永远的老师 　　今天的航空设计和制造领域，虽然采用了大量先进的计算机辅助设计手段，但人类还是离不开鸟类给我们的帮助。这些在大自然中经过无数次尝试与检验洗礼的“设计”，仍是激发我们创意的巨大源泉。 　　机翼表面与海鸟――海鸟可以通过喙部察觉出空气中的阵风荷载量，并通过调节翅膀的形状抑制升力。运用此原理，新型的空客A350-XWB通过安装在机头的探测器，可以检测风力并利用其可移动的机翼表面提高飞行效率。此设计可以进一步节能减排。 　　翼尖小翼与鹰隼――飞机在飞行中由于上下压差的不同，翼尖附近机翼下表面空气会绕流到上表面，形成翼尖涡，致使翼尖附近区域机翼上下表面的压差降低，从而导致这一区域产生的升力降低。这是产生诱导阻力的根源。人们通过长期观察自然界大型鸟类，比如鹰和隼，发现它们在飞行中展开翅膀向上偏折翅尖羽毛以减小阻力，从而实现远距离滑翔。受此启发，有专家提出在翼尖加装短板来减小诱导阻力。后来，设计师们不断研究，发明了翼尖小翼，并将其安装在运输飞机上，以减小飞机的阻力。 　　列阵飞行与大雁――在自然界中，大雁迁徙时会列阵集体飞行以节省能量并增加飞行距离。列阵飞行时，领头雁的翅膀会产生漩涡状气流，其后的雁就会因此得到额外的升力，也就是说会省力。机翼也可以有同样的效果，称之为“尾涡”。军用飞机经常采用大雁列阵飞行的方式减少能耗。目前，客运喷气式飞机出于安全考虑，还没有使用这种方法。 　　气动噪声与猫头鹰――经历了2000万年的进化，如今，猫头鹰已拥有锯齿状的翅羽以及绒毛状的腿部羽毛。这可以帮助它们最大限度地减少气动噪声。尽管相比于40年前的飞机，现代飞机的噪声已经降低了75%，空客工程师仍希望通过进一步的研究，揭示猫头鹰静音飞翔的奥秘。新的创意包括：模仿猫头鹰羽毛后缘的可伸缩式刷子边缘，以及天鹅绒般的起落架涂层。