風(fēng)道中吸蜜蝙蝠產(chǎn)生的渦流場,，紅色表示強(qiáng)渦流，藍(lán)色表示弱渦流,。
生物谷報道：瑞典科學(xué)家最新的一項研究發(fā)現(xiàn),，蝙蝠和鳥類飛行的空氣動力學(xué)機(jī)制存在著不同，在飛行速度較慢時,，蝙蝠扇動翅膀的模式更接近于黃蜂,。這種差異使蝙蝠具有極佳機(jī)動性，能夠在高速飛行中快速轉(zhuǎn)彎,，同時也能夠在低速飛行時獲得更多的升力,。這一研究結(jié)論將有助于新型飛行器的設(shè)計。5月11日的《科學(xué)》雜志以封面文章的形式報道了這一研究成果,。
領(lǐng)導(dǎo)該研究的是瑞典隆德大學(xué)（Lund University）的Anders Hedenström,，通過對風(fēng)道中吸蜜蝙蝠（nectar-feeding bat）翼下的氣流形狀進(jìn)行拍攝研究，科學(xué)家發(fā)現(xiàn),，蝙蝠在飛行過程中產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)渦流比鳥類更加復(fù)雜,，而且在上行程（翼翅向上向后的運(yùn)動過程）中會產(chǎn)生更大的力。
之前的研究表明,，鳥類在飛行時兩翼后側(cè)分別產(chǎn)生的空氣渦流會發(fā)生合并,，形成單一的氣流環(huán)，這樣能夠盡可能地減少飛行中產(chǎn)生的擾動和身體后方的拉力,。而最新的研究表明,，蝙蝠的飛行機(jī)制并非如此。蝙蝠膜狀翼后方產(chǎn)生的渦流不會合并,，兩翼基本保持獨(dú)立運(yùn)行,。盡管這樣會減少空氣動力作用的效率，但會給蝙蝠帶來其他的好處——快速轉(zhuǎn)彎,。英國牛津大學(xué)動物行為學(xué)家Graham Taylor對此表示贊同,，他說，“很明顯,，蝙蝠是很棒的飛行者,。”
新的研究同時表明，在飛行速度較低時,，蝙蝠翅膀向上扇動的過程中會產(chǎn)生很大的力,。盡管過強(qiáng)的力對鳥類而言絕非好事（鳥類通過將翅端羽毛分開來刻意避免這一狀況）,，但對蝙蝠卻有特殊的意義。Hedenström 表示,，蝙蝠翅膀向下扇回時能夠產(chǎn)生較大的升力,，這一飛行方式很像大黃蜂。蝙蝠兩翼會在扇動過程中產(chǎn)生彎曲,，這就好比航海時水手利用風(fēng)帆向預(yù)定的方向前進(jìn),。
Hedenström推測，鳥類和吸蜜蝙蝠的飛行機(jī)制之所以會有所不同,，可能是由于后者沒有尾巴,，因此無法利用鳥類的渦流模式進(jìn)行飛行。
原始出處:
Science 11 May 2007:
Vol. 316. no. 5826, pp. 894 - 897
DOI: 10.1126/science.1142281
Bat Flight Generates Complex Aerodynamic Tracks
A. Hedenström,1* L. C. Johansson,1 M. Wolf,1 R. von Busse,2 Y. Winter,2,3 G. R. Spedding4
The flapping flight of animals generates an aerodynamic footprint as a time-varying vortex wake in which the rate of momentum change represents the aerodynamic force. We showed that the wakes of a small bat species differ from those of birds in some important respects. In our bats, each wing generated its own vortex loop. Also, at moderate and high flight speeds, the circulation on the outer (hand) wing and the arm wing differed in sign during the upstroke, resulting in negative lift on the hand wing and positive lift on the arm wing. Our interpretations of the unsteady aerodynamic performance and function of membranous-winged, flapping flight should change modeling strategies for the study of equivalent natural and engineered flying devices.
1 Department of Theoretical Ecology, Lund University, SE-223 62 Lund, Sweden.
2 Department of Biology, University of Munich, Germany.
3 Max-Planck Institute for Ornithology, Seewiesen, Germany.
4 Department of Aerospace and Mechanical Engineering, University of Southern California, Los Angeles, CA 90089–1191, USA.
Present address: Department of Biology, Bielefeld University, D-335 01 Bielefeld, Germany.
* To whom correspondence should be addressed. E-mail: [email protected]
