动物飞行

脊椎动物科动物

动物飞行是指在动物世界中有许多种类的动物具有飞行能力，其中以鸟类为最。飞机的发明在许多方面受到鸟的启示。

内容

飞行动物类群在动物进化发展的过程中，昆虫是最先获得飞行能力的。在脊椎动物方面，中生代的翼龙是著名的能飞行的爬行动物，但已于6800万年前绝灭。飞蜥、鼯鼠等都具有不同程度的滑翔能力。鸟类和哺乳动物中的蝙蝠是获得完善飞行能力的高等脊椎动物类群。

动物躯体的结构在适应飞行的过程中发生过显著的变化。就飞行动物的主要飞行器官──翼的结构来说，也表现出从简单到复杂，从低等到高等这一发展历程。一些作短距离滑翔的动物还没有形成真正的翼，仅是躯体的某些部分变形成为宽阔的膜状物，借以在空气中支撑体重，进行滑翔。例如：飞鱼的“翅膀”实为发达的胸鳍，借尾鳍剧烈摆动击水而冲入空中，靠胸鳍的快速摆动可在18秒内贴水面滑行100～150米；飞蛙的前后趾间生有宽大的膜蹼，攀爬树端跳跃时靠脚蹼滑翔数十米；飞蜥的体侧皮肤扩张成翼膜并与四肢连接，可滑翔60～70米的距离。昆虫、鸟类和蝙蝠是具有扑翼飞行能力的动物，在进化过程中以不同的途径获得了飞行器官，昆虫的翅膀生于第2与第3胸节背方，由1或2对有弹性的翼膜构成，鸟与蝙蝠的翼则由前肢演变而来。蝙蝠前肢的指骨特别长，整个指骨、肱骨、后肢和尾骨间均覆有薄而柔韧的皮肤膜，借前肢运动挥动皮膜而实现飞行。

鸟翼的构造和功能鸟翼（图1）是适应飞行的主要器官，鸟翼的骨骼薄而轻，并有充气现象。很多骨骼为适应飞行生活而并合和消失。这特别表现在前肢变形方面：手骨（腕骨、掌骨和指骨）简化而并合，前肢仅能在一个平面上做折翅和张翅的关节运动，因而有利于在胸肌支配下形成一个有力的抗击空气的整体。翅上着生的毛羽是翼的重要组成部分，其中在手骨上着生的称为初级飞羽，在前臂上着生的称为次级飞羽。它们在扇翅时产生不同的力。前者产生推力，后者产生升力。此外,在鸟翼的翼角（腕部）生有一小簇羽毛,也对飞行的控制起重要作用。每一支飞羽都由羽轴和羽片构成。羽轴的基部深入皮肤内，羽片由羽轴两侧平行伸出的很多羽枝构成。每一羽枝两侧密生成排的羽小枝，上有钩突，彼此钩连，因而构成坚韧而富有弹性的羽片。飞羽的结构对鸟类飞行的适应还表现在每一羽的外羽片狭窄，内羽片宽阔，各羽从外向内逐次覆盖。羽轴在气流作用下还略有旋转能力，因而当鸟类扑翼飞行时飞羽之间随扬翅而出现裂隙，便于空气通过，而在扇翅时各羽连合成严实的翼面以获得最大的动量。整个鸟翼的背部为弧面，空气流过时能产生大的升阻比，有利于飞翔。

发展

定翼飞行器的探索19世纪70年代以后，人们逐渐把注意力集中到定翼飞行器的研制，飞行探索进入定翼飞行器研究阶段。首先面临升力面的合理选择问题。解决的途径有二：一是对鸟翼构造及其滑翔规律进行考查；二是对风筝等升力面的空气动力特性进行探讨。然后将从两方面得来的知识付诸实验。鸟翼是天然有效的升力面，定翼飞行器研制者们纷纷仿制鸟翼并在飞行实践中检验。鸟的弓形曲面翼几乎成为早期定翼飞行器的标准翼型。而空气动力学家们也大力从事这方面的研究和实验。英国空气动力学家H.菲利普斯通过原始的风洞实验绘制出一些曲面翼型。美国航空先驱S.P.兰利曾将鸟翼挂在旋转臂上进行实验。人们力图通过这些研究和实验找出适合现代飞行器使用的翼型，后来又通过对鸟翼的系统研究获得有用的空气动力学知识，从而摆脱了对鸟翼的单纯模仿。但是人们对鸟类飞行秘密的探索并未终止，空气动力学家Н.Е.茹科夫斯基、滑翔大师O.李林达尔、飞机发明人莱特兄弟,都对鸟类作过研究。论述鸟类飞行的著作也不断出现，茹科夫斯基的《论鸟的飞翔》第一次分析了飞行动力学。还有一些人则从仿生学角度出发，直接从飞行动物中寻找范本。19世纪50年代出现的大型滑翔机就是模仿信天翁等大翼展海鸟的形态设计成的。李林达尔在进行大量滑翔试验的同时，也曾对鸟的飞行进行过系统研究。他的《鸟的飞行──航空的基础》等著作为后来的飞机研制者提供了宝贵的资料。

鸟与飞机飞机飞行与鸟类飞行有异曲同工之妙。鸟的飞行技术为飞机所沿袭和发展。把鹰和飞机来比较，两者都有相似完整的一套改善空气动力性能的装置：①小羽翼和前缘缝翼。鹰鼓翼时使翼的连结角增大而增大升力，而翼角的小羽翼与翼体之间构成的缝隙则使气流紧贴翼的背面流过，防止湍流发生。飞机机翼的前缘缝翼在起落和大迎角飞行时张开，使下翼面的高压气流经翼缝流到上翼面，吹除附面层中的紊流，提高临界迎角并防止失速。②开缝翼尖和翼梢小翼。鹰外翼的开缝翼尖实为一单独小翼，起降低翼尖尾涡强度的作用；飞机则为减弱翼尖涡流强度和诱导阻力而设置翼梢小翼。③襟翼。鹰的内翼前缘在飞行中下垂，使翼的弯度增加以提高升力，而飞机的前缘襟翼为相同目的而设置。

参考书目

W. N. Mcfaroland et al.,Vertebrate Life,Macmillan Publ.Co.,New York,1979.

J.C.Weltu, The Life of Birds,Saunders College Publ.,Philadelphia,1979.

J.Z.Young, The Life of Vertebrates,Clarendon Press,Oxford,1981.

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