天高任鸟飞。
从鸟儿第一次飞上蓝天到现在,已经过去了1亿5000万年。
带领鸟儿遨游天空的翅膀,赋予了鸟儿各种特长。翅膀的形状分为4类:负重翼,敏捷翼,速度翼,滑翔翼。不同形状的翅膀拥有不同的能力属性,耐力,速度,力量,敏捷,每种属性获得各自不同的点数加成。
负重翼江湖上拳头大的说话,金雕、秃鹫、白头鹰这些黑道猛禽,装备了一副孔武有力的负重翼。猛禽类拥有羽毛界最强的力量,抓着一条大鱼上天不在话下,你看白头鹰还能拖着狐狸兄弟遛上两圈。
身高体壮的猛禽,拍打翅膀带动大身体飞行太累,配置一双能借助风力的翅膀就省力多了。负重翼的翅膀,翅面肥大,翼尖上的每根飞羽之间有很深的缝隙,留有空位捕捉空气,最适合在上升的温暖气流中翱翔。大翅膀的优点是:能捕捉到足够的热气流支撑重量,上升时很省力,可以多带一点儿货物。缺点是起飞有难度,飞行时被动依赖气流,所以它还有个名字叫被动滑翔翼。负重翅只属于大个头,个头小的鸟儿不用这种大翅膀。
敏捷翼身轻体软的小鸟儿,不跟老鹰比力气,他们比的是灵活。小鸟儿装备了一双椭圆形的敏捷翼,翅膀短而圆润,优点是:能快速地起飞降落,改变方向。缺点是:飞行时要持续拍打翅膀,不能维持长距离飞行。生活在森林里,在林木之间穿梭的鸟儿不需要长距离飞行,他们需要的是最快的加速度,转弯腾跃时能迅速变化,敏捷翼是标配。
速度翼我们常见的麻雀、乌鸦、画眉、相思鸟,装备的都是敏捷翼。但燕子不是,你看燕子的翅膀不是圆润的椭圆形,而是比较长而窄。燕子的翅膀是速度翼,它能持续拍打翅膀,维持高速度长时间的飞行。地上跑的追不上天上飞的,鸟族中速度高手云集,以绝对优势碾压陆地动物。不过速度高手我们先不讲,以后再来盘它。
滑翔翼本文的主场属于滑翔翼。
滑翔翼是鸟族中最省力的翅膀,很多海鸟,比如海鸥、塘鹅、军舰鸟、蓝脚鲣鸟都配备了滑翔翼,他们的翅膀非常长而且窄。这样的翅膀扇动时很费劲,起飞困难,但只要到了天上,就是王者。有些配备滑翔翼的鸟儿,能够连续几十天呆在天上都不下地,睡在翅膀上的鸟儿,天空才是它的家。
装备负重翼的鸟儿,只是被动滑翔,他们呆在上升的热气流中被风推着走。但是装备主动滑翔翼的鸟儿就不同了,无论顺风还是逆风,都能御风前行。主动驾驭气流的鸟儿代表是信天翁,它有一双,在所有还活着的鸟类中最长的翅膀,打开翅膀时,翼展能达到3.7米。不用拍动一下翅膀,信天翁每天就能飞行1000公里。动物的行程跟速度紧密相连,远飞的鸟儿,远游的鱼儿,赶路的速度都不会慢。信天翁的平均时速为每小时90公里,飞得又快又远,环游地球只要46天。信天翁的寿命超过50年,在一生的岁月中,一共能飞830万公里的路,相当于往返了月球11次。800万里云和月,50功名尘与土。
鸟儿长途跋涉的动力来自于环绕身旁的微风。信天翁像空中的帆船,翅膀是船帆,气流是动力,只要调节翅膀跟气流之间的夹角,就能得到推力。帆船逆风前进时,船帆向右偏转30度走一段,再向左偏转30度走一段,走之字形路线保持前进方向。信天翁也一样,它在空中曲线前进,但跟帆船不同的是,信天翁不是水平地左右偏转飞,它像过山车一样上下绕着圈往前飞。信天翁的飞行模式叫做动态飞跃,借助的力量是风速。
风速随着高度而增加,海面上的风速为0,越往高处走,空气跟海水的摩擦阻力越小,风力也就越强劲。低处是慢风区,高处是快风区,图片上标识的这排箭头是风速梯度。
风速不同,压强也不同,风速增加时,压强减小,风速减小时,压强增加。空中的气压差给鸟儿带来上升的力量,这跟飞机获得升力的原理是一样的。飞机飞行时,流过机翼上表面的气流快,压强小。流过下表面的气流慢,压强大。机翼上下表面形成的压强差,给机翼带来升力。
信天翁从慢风区攀升到快风区,气压差提供向上的升力。当它上行到高处的快风区,转身向下,靠重力俯冲直下,把势能转换成动能。下降到低处的慢风区,又一次转向攀升,把动能转化成势能,冲向高点。从低到高,再从高到低,波浪式前进。信天翁滑翔时的水平位移和垂直位移比为22:1,也就是说,高度变化1米时,它往前飞了22米,前进速度非常快。动态飞跃时,信天翁从风中获得的力量,比只依靠自身拍动翅膀时的最大推力,还要高出10倍以上。
滑翔机像信天翁一样飞翔,从瞬息万变的风中吸取力量,是每一架滑翔机的梦想。在所有滑翔机中,水上滑翔机是最亮眼的一架。用一副像信天翁一样平展的翅膀,代替垂直的风帆,就能像帆船一样在水面上疾驰,甚至比帆船还要快上10倍。
麻省理工学院团队,研究了信天翁驾驭气流的过程,发现它的飞行跟帆船的运动过程非常像,信天翁和帆船都以传递动能来保持前进。不同的是,信天翁的动能传递发生在不同高度的空气层之间,而帆船的动能传递发生在空气和水之间。船帆从空气中吸取动力,传递到水中,驱动船体前进。
既然信天翁和帆船的动力都是来自于空气,那么给它俩叠加一下,两强联手,岂不是跑得更快?
这真是一个好主意。团队制造了一艘水上滑翔机,既能像信天翁一样御风飞行,又能像帆船一样冲浪航行。滑翔机的结构很简单,3米长的翅膀,细长的机身,加上一根长长的龙骨,整机重量只有3公斤。
没有动力也没有风帆的滑翔机,起飞时需要拖船助力。下水时拖船用钓鱼竿钩住滑翔机,先航行一段路,当速度达到每小时30公里时,滑翔机才能脱离拖船,自动起飞。飞起来的滑翔机,就像天空中的信天翁一样,上下自如,灵活敏捷。比信天翁更牛的是,滑翔机还能在水上航行。
当风力强劲时,滑翔机在空中飞行,当风力和缓时,滑翔机降落到水面,在水上航行。
微风中,滑翔机的速度能比传统帆船快10倍。当风速为每小时9公里时,滑翔机的速度能达到每小时37公里。同样是御风而行,插上翅膀的滑翔机比配置风帆的帆船,效率更上一层楼。
海洋那么大,想要游遍整片海域并不容易。有一艘能从空气中获取动力的滑翔机,巡航的范围大大扩展了。深入海洋,监测遥远海域的气候和潮流,是信天翁滑翔机的下一步目标。
期待滑翔机真正地像信天翁一样自由翱翔。
附:今天继续更新自然界里的秘密系列文章,这是第41篇:信天翁。
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