研究称蜂鸟比鸟更像昆虫


你有没有看到一只小蜂鸟在一朵花前盘旋,然后以闪电般的速度飞向另一朵花,然后想知道:它是怎么做到的?

蜂鸟飞行的一项新的详细的 3D 空气动力学模拟表明,蜂鸟通过一组独特的空气动力实现其灵活的特技飞行能力,这些空气动力与飞行昆虫中发现的空气动力更接近,而不是其他鸟类。


新的超级计算机模拟是由范德比尔特大学的一对机械工程师与北卡罗来纳大学教堂山分校的生物学家合作完成的。在今年秋天发表的一篇文章中描述了这一点英国皇家学会杂志界面.

图片来源:大卫·莱文森/Flickr

图片来源:大卫莱文森/ Flickr

一段时间以来,研究人员已经意识到蜂鸟和昆虫飞行之间的相似之处,但一些专家支持另一种模型,该模型提出蜂鸟的翅膀具有类似于直升机叶片的空气动力学特性。

然而,新的逼真模拟表明,小鸟利用不稳定的气流机制,产生无形的空气涡流,产生它们在花间盘旋和飞舞所需的升力。




你可能会认为,如果蜂鸟只是足够快和足够用力地拍打它的翅膀,它就可以向下推动足够的空气来保持它的小身体漂浮。但是,根据模拟,电梯生产比这要棘手得多。

例如,当鸟类向前和向下拉动翅膀时,前缘和后缘上会形成微小的涡流,然后合并成一个大涡流,形成一个提供升力的低压区域。此外,这些小鸟在拍打时会竖起翅膀(沿长轴旋转),从而进一步增强它们产生的升力。

蜂鸟表演了另一种巧妙的空气动力学技巧 - 使它们与较大的羽毛亲戚区分开来。它们不仅在下划时产生正升力,而且还通过翻转翅膀在上划时产生升力。当前缘开始向后移动时,它下面的机翼会旋转,因此机翼的顶部变成底部,底部变成顶部。这允许机翼在向后移动时形成前缘涡流,产生正升力。

根据模拟,向下冲程产生了大部分推力,但这只是因为蜂鸟将更多的能量投入其中。上冲程只产生 30% 的升力,但只需要 30% 的能量,使得上冲程与更强大的下冲程一样具有空气动力学效率。


相比之下,大型鸟类几乎在下划水时产生所有升力。它们将翅膀拉向身体,以减少向上拍打时产生的负升力。

研究人员表示,虽然蜂鸟比飞虫大得多,并且在移动时更剧烈地搅动空气,但与其他鸟类相比,蜂鸟的飞行方式与昆虫的关系更密切。

蜻蜓、家蝇和蚊子等昆虫也可以盘旋并前后左右飞翔。尽管它们的机翼结构大不相同,由由静脉系统加固的薄膜组成,但它们也利用不稳定的气流机制来产生涡流,从而产生飞行所需的升力。它们的机翼还能够在上冲程和下冲程时产生正升力。

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