鸟类飞行原理在航空航天技术中的运用

鸟类飞行原理在航空航天技术中的运用

一．引言

自古以来，人类就对天空中自由翱翔的鸟类羡慕不已，期盼有一天也能像鸟类一样插翅飞上蓝天。人类赞美、观察和模仿鸟类飞行的尝试已经有几千年了，早在欧洲文艺复兴时期就出现了达·芬奇,他通过观察和模仿鸟的飞行,画出了扑翼机的设计草图。后来人们又设计制作了各种扑翼机进行尝试,但都没有能够真正离开地面飞起来。由此人们认识到鸟的飞行比人们想象的简单扑翼飞行要复杂得多。在经历了多次失败以后，人类终于借助热气球、氢气球、氦气球、飞艇等航空器飞上了蓝天。但是直到螺旋桨飞机发明之后,人们才对鸟类的飞行原理有了进一步了解，所以直到105年前，才有莱特兄弟制造出世界上第一架载人动力飞机，实现了人类飞翔的梦想。飞机的发明，是人类征服蓝天的一次飞跃。鸟类主宰蓝天的地位，也被人类制造的飞机打破了。从此，广阔的天空中鸟儿与飞机共存。

二．生物原理

人类发明飞机应该说是从学习鸟类飞行开始的,飞机和鸟一样都是利用空气动力来产生升力和推进力,并尽量保持其外形的流线型,以减小飞行阻力。在超音速飞机的飞行速度面前，鸟类也变成了弱者。但是鸟终归是自然界的飞行能手,飞行本领独特而高效,如今仍然值得人类去研究和效仿。

不解剖鸟就不可能理解鸟的飞行。鸟的骨胳、羽毛、肌肉和内部组织,都可以说是为了适应飞行而存在的。跟其他动物不同的是鸟的骨骼综合多用、轻而强壮。鸟类的骨骼坚薄而轻，骨头是空心的，里面充有空气，解剖鸟的身体骨骼还可以看出，鸟的头骨是一个完整的骨片，身体各部位的骨椎也相互愈合在一起，肋骨上有钩状突起，互相钩接，形成强固的胸廓，鸟类骨骼的这此独特的结构，减轻了重量，加强了支持飞翔的能力。鸟的胸部肌肉非常发达，还有一套独特的呼吸系统，与飞翔生活相适应，鸟类的肺实心而呈海绵状，还连有9个薄壁的气，在飞翔晨，鸟由鼻孔吸收空气后，一部分用来在肺里直接进行碳氧交换，另一部分是存入气，然后再经肺而排出，使鸟类在飞行时，一次吸气，肺部可以完成两次气体交换，这是鸟类特有的“双重呼吸”保证了鸟在飞行时的氧气充足。鸟类身体中，骨骼，消化，排泄，生殖等器官机能的构造，都趋向于减轻体重，增强飞翔能力，使鸟能克服地球吸引力而展翅高飞。

三．仿生技术的原理与特点

从鸟类的身上，人们发现要在空中飞行，需要考虑的不外乎空力的问题，要制造具有优越的空力的飞行器就必须考虑到 重量、升力、阻力、推力四个基本要素：

1.重量是除去机体重量、燃料乘坐的人之外还包括货物的撘载量。

2.升力就是飞行器胜过重量的力量。

3.阻力就是种种气流交织在一起把飞行器引向后方的力量。

4.推力就是胜过阻力在空气中使飞行器前进的力量。

四．仿生技术的运用

鸟类和飞机的升力，主要是借着气流流过机翼表面的气流所造成的。航空界以前有句俗语说 : 只要有强力的引擎即使是门板也一定能飞。这句话虽然是夸张了点，但并非不切实际，因为只要给予螺旋桨强大的马力，任何笨拙的机翼也能强拉飞起来。但是要在空中飞的更有效率分法是调整机体的形状。换句话说，要最大限度的发挥升力，最小限度的抑制阻力。

飞机在前进的时候，机翼上面的气流比机翼下面低，也就是说，飞行中的飞机就是在空气中气流插进去的异物，促使气流把飞机往上推挤。升力大小因为种种的因素而被决定。其中之一就是机翼的面积，被气流吹打的面积越大，产生的升力越大。第二个要素是速度，流经过机翼的的空气越快，上下的压力差也就越大。第三个要素是冲角，也就是说，对气流的机翼的倾斜度在某一定界线内，使得机翼上面的气流通路较长，速度便增加，与机翼下的流速差增加，升力也就变大，因此冲角越大升力也越大。

随着升力的作用与飞机的前进便产生了所谓的阻力，阻力主要有三种，那就是摩擦力、形状阻力和诱导阻力，前两种是因为飞机通过空气发生的，可以借着航空科学的进步和机体流线形调整而减小，我们可以想象一个方盒子跟一个圆球在空气中前进的阻力差别。诱导阻力则是机翼所产生的升力的副产物，可以说这是发生升力必然引起的代价。因为升力是由于气压差所产生，但是同时也发生吹下或伴流之类的情势。这主要是在翼的尖端引起的，随着飞机的前进，机翼尖端便会产生螺旋状的气尾，将飞机拉向后，这就是所谓的诱导阻力。

飞机最重要的部分当然是机翼了，飞机能飞在空中全靠机翼的浮力，机翼的剖面称之为翼型，为了适应各种不同的需要，航空科学家发展了各种不同的翼型，从适用超音速飞机到手掷滑翔机的翼型都有，翼型的各部名称如，100年来有相当多的单位及个人做有系统的研究。

五．结束语

事实上飞机的飞行在航天航空技术中仅仅只是占了一小部分，这些都要归功于我们人类大自然的好朋友——鸟类。鸟类是人类的朋友，它们为我们作出了很多贡献。随着科学技术的发展和精神、物质生活水平的提高，人类越来越体会到与鸟类交朋友的重大意义，希望今后人类能在鸟类的飞行做出更大的研究成果，为人类的航天航空事业做出贡献。

参考文献：

1. http://bbs.81tech.com/read.php?tid-107627.html——《飞行原理简介》

2. 顾诵芬,史超礼——《世界航空发展史》，河南科学技术出版社，第1版 (1998年12月1日)

3.http://www.tech-domain.com/thread-8299-1-1.html——《鸟类飞行原理》