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《生命世界》

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《生命世界》杂志由中国科学院主管,中国科学院植物研究所、中国植物学会和高等教育出版社联合主办,于2004年4月创刊。《生命世界》杂志依托中国科学院和高等教育出版社的雄厚资源,集中高等院校及科研院所的专家作者队伍,以认真严谨的编辑态度确保稿件的质量及科学性,并以生动准确的语言、精心的版式设计及精美的印刷品质确保阅读的舒适与愉快,希望为关注生命、热爱自然的读者构建一个精神家园。

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蝙蝠的飞行绝技

2009-12-24 19:51:58

  蝙蝠其实是对翼手目动物的俗称,它们是唯一一类能够飞翔的夜行性哺乳动物,种类和数量众多,是哺乳动物中的第二大类群,仅次于啮齿类;除去南极洲和北极洲,在世界的每个角落的夜空下,几乎都有它们飞翔的身影……


  蓝天下的鸟儿能够自由飞翔,是因为它们有长满羽毛的翅膀;夜空中的蝙蝠能来去自如,是因为它们有没有羽毛的翼手。要解开蝙蝠的飞行密码,当然需要从翼手上寻找线索。

  蝙蝠前肢十分发达,上臂、前臂、掌骨、指骨都特别长,并由它们支撑起一层薄而多毛的,从指骨末端至肱骨、体侧、后肢及尾巴之间的柔软而坚韧的皮膜,形成蝙蝠独特的飞行器官——翼手。蝙蝠的皮膜拥有良好的弹性与伸展性,每次它拍击双翼时,皮膜和翼骨都会随之改变形状。正是这种形状改变有效地平衡了蝙蝠翅膀拍击力和空气阻力,从而使飞行事半功倍。

  1987年,瑞典的诺尔贝格和英国的雷纳通过对18科上百种蝙蝠的比较研究提出了一套用来评价蝙蝠飞行能力的指标以及标准,他们用翼载(翅膀的面积与它所要负载的重量之比)来估测蝙蝠是否适合快速飞行,结合翼型特征来推测这些种类适合在什么样的环境中活动……这些方法至今还为蝙蝠研究者广泛应用,极大地推动了蝙蝠的基础研究。


外形类似蝙蝠的蒸汽动力飞机,由法国电器工程师克莱蒙·阿戴在19世纪90年代设计

  20年后,来自美国布朗恩大学的科学家肯内特·布罗尔和沙龙·施瓦尔茨在实验室里不同方位安装了四架高速摄像机来同时拍摄蝙蝠的飞行过程。实验过程中,科研人员还利用专门的仪器对蝙蝠飞行过程中翼关节、骨胳活动情况等进行了标识。同时,科学家还记录下蝙蝠飞行过程中两翼扇动所形成的气流旋涡。此后,科学家将所拍摄的录像画面和其他资料进行同步合成并进行了详尽的分析。

  研究发现,蝙蝠在转变飞行方向时,翅膀的翻动幅度很小,就像直升机一样。与其他动物相比,蝙蝠翼展面积很大,因此只需消耗极少的能量就能够产生理想的上升力。尽管鸟类和昆虫在飞行过程中都会有翅膀的翻转和折叠现象,但蝙蝠对翼的活动控制得更为自如。最后得出结论,蝙蝠在飞行过程中翼的扇动与翼的柔韧性及弹性配合得天衣无缝,蝙蝠的飞行堪称是世界上最离奇、最完美的运动。

  美国空军已经注意到这项研究的意义,这样幅度很小的飞行,不容易被发现,特别是在执行秘密任务时,而且如果这项技术应用于飞行当中,飞机会比现在省油,在一些营救和紧急情况的处理中,这项技术显然要更方便和快捷。

  由于蝙蝠与鸟类的翼构造和质地均大有不同,它们飞行的“秘诀”也各有千秋。瑞典隆德大学的安德斯·赫登斯托姆等拍摄了食蜜蝙蝠飞行时的雾气气流形状,以便用雾气颗粒形成可视的空气气流图像。研究显示,一般鸟类通常只借助双翼向下运动产生升力,而蝙蝠在飞行时,双翼向上运动同样可以产生升力,这一发现将对人类研发航空装置有所启发,帮助人类打造新概念飞行器。


成千上万的巴西犬吻蝠形成空中一道壮丽的奇观

  鸟类在飞行时两翼后侧分别产生的空气涡流会发生合并,形成单一的气流环,这样尽可能减少飞行中产生的扰动和身体后方的拉力。但是,蝙蝠两个翼后面产生的两个空气涡流却相互独立,尽管这样会让空气动力学效应变小,但蝙蝠这样运动却有其优势,在每只翼上拥有独立的摩擦力能让其翻转更为迅速,并具有某种能使其低速飞行却不下坠的特殊本领。

  当今世界,随着全球经济的发展,人和自然之间的很多矛盾开始凸显,人们在寻求解决方案的时候越来越多地把目光投向了我们的动物朋友,投向了蝙蝠。

  波音公司的飞机制造专家改变传统的飞机形状,把机身和机尾“融合”到一起,像一只飞行着的蝙蝠。这种新型飞机是基于著名的飞机专家弗雷德里克·汉德利·佩季爵士于1961年在英国提出的构想发展起来的。据其设计工程师介绍,这种新型飞机有很多优越性。它的外壳采用加固塑料取代铝,这样能减少几吨的重量;它的整个外表被激光钻满小孔,可以吸收空气、减少阻力;此外,其耗油量将只有现行飞机的三分之一。

  除了节能,新型飞机的最主要特征是环保。该新型飞机由于在飞行中减少了燃料使用,从而可以减少破坏性气体的排放。这样一来,到了2020年,即使航班数目比现在增加一倍,释放的尾气也会比现在少很多。除此之外,城市化带来的交通拥挤是困扰人们日常生活的另外一个问题,越来越多的城市,尤其是大城市开始打造立体交通,随着对蝙蝠飞行的研究,科学家寄望通过对蝙蝠的飞行进行更深入的研究,在未来利用蝙蝠的飞行原理打造全新的超级飞行汽车。如果这一目标实现,必将极大地缓解交通拥挤带来的压力,造福人类社会。

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