书城科普奇妙的大自然:360°亲近大自然
10667600000015

第15章 “最完美的飞行器”——鸟与飞机

小问号

在大自然中,鸟无疑是上帝的杰作,被人们誉为“最完美的飞行器”。它的骨骼、胸肌、羽毛等,在漫长的飞行磨砺中渐渐趋于完美,仿佛就是为了飞行而生。不知人类是因为向往蓝天才爱慕鸟,还是因为喜爱鸟才格外向往蓝天,人类自古代代都有难了的“飞天情结”。那么,鸟在人类的飞天梦中扮演着什么角色?或者说,人类从鸟的身上学到了什么?

大自然是公平的:水里有鱼,地上有兽,天空有鸟!科学家在破解鸟类飞行的奥妙的过程中渐渐发现,鸟与飞行之间有着不解之缘:

飞鸟全身充满了气囊,空气在体内循环,极大地方便了鸟排出在飞行中产生的热量和水分;它的骨骼既柔韧又坚强,大部分是“充气”的(通心而充满空气),尤其是体形较大的鸟,它的喙、头骨、腿和其他骨骼合起来也只是几百克,有的才几克;它的胸肌就是飞行发动机,较大的胸肌把翼在空气阻力中拉下,使身体能升高向前,较小的胸肌从下面通过精巧的滑轮组腱,使翼扬起;它的羽毛极轻而特别有力,结成极细的网状,简直没有空气分子可以穿透,成了前进、升降等飞行的得力工具;它的翼形状也与飞行密切相关,像燕子、蜂鸟、鹰等飞得快又强壮的鸟,翼是窄长而端尖,像适应在海洋上空作长途滑翔和高飞的海鸥、信天翁等,翼也是窄长而尖,像麻雀、松鸡、鹌鹑等飞得轻巧而快捷的鸟,翼却是短而圆的……一切都是那么完美和谐,仿佛天造地设!

鸟啊,人类惊叹它的飞行本领!我们的祖先便仰望着天空中自由飞翔的鸟儿做起飞行的梦。人们也曾做过一些可以在空中短暂停留的东西,我国古代第一只“木鸟”,是著名学者墨子带着300个弟子,花费3年多时间观察和研究鸟类的飞行后才研制出来的,虽然在天上只飞行一天一夜。汉代科学家张衡,制作了安上羽毛的大鸟,还在木鸟肚子里安上机关,使这只鸟飞行几里路,这是在当时是了不起的成绩。不过,人们还不能自己去领略飞行的乐趣,无法像鸟那样扑动一对翅膀在蓝天中遨翔。

19世纪蒸汽机的发明,为飞机研制扫除了动力上的巨大障碍。1903年12月17日,美国自行车修理工莱特兄弟,经过对鸟类飞翔动物的长期观察和研究,制造了第一架动力飞机,取名“飞行者号”,在空中飞行40米,花了12秒,才宣告人类第一次载人飞行的成功。不过,飞起来了的飞机还是不能用于生产和生活,因为人们还无法控制它的升降和转向。可是鸟儿在空中能够自由飞行,为什么飞机不能呢?人们通过细致的观察鸟的飞行动作后发现:鸟在转向时,总是先把身体侧转,再借助升力转弯,否则就无法在较短的时间里转过较大的弯。于是,飞机设计专家在飞机的主机翼上装上一对活动方向相反的副翼:当一侧的副翼向上翻起时,另一侧总是向下翻起,空气对两侧机翼就会产生不同方向的力,使两侧的机翼一边向下一边向上,进入侧转状态,然后飞机就可以借助升力完成转向了。

随着飞机的应用日益广泛,不同用途的飞机通常需要不同的性能。民航客机、运输机、轰炸机需要很大的载重量,战斗机、侦察机需要很高的速度。科学家根据鸟的“赐教”,制造了各种各样不同性能的飞机:鹰,在飞行时把翅伸得又平又直,人们受此启发,给运输机等装上又宽又大的机翼,制成的运输机可载重近百吨;雨燕,在高速飞行时将双翼向后掠开,以减少阻力的做法,人们便将战斗机的机翼做成后掠式,这样的战斗机速度可以达到音速的两倍或三倍……

鹞是一种猛禽,形状像鹰,但比鹰小,在空中交替飞行,它时而悬停在高空,时而翻着筋斗,时而腾空飞窜,时而又俯冲而下,惊险而又灵活的飞行技巧,给人带来了许多启发。英国人模仿鹞,设计出了一种“鹞式战斗机”。这种飞机可以垂直起降,还能像“鹞”那样在空中低速飞行,就地转弯,倒退。甚至停在空中,这些“绝技”飞行是一般战斗机所无法进行的,而这种鹞式飞机精巧灵便,是人类研究和模仿鸟类制造出的最新成果。

信天翁是一种海鸟,飞行不像其他的鸟,要不停地扇动翅膀,忙得很。它依靠一对天生的宽大翅膀滑翔。科学家受此启发,研究制造了滑翔机。这种机器只要给它少许动力,让它舒展双翼,就能够在空中飘飞,可以用来载人或载物,实施海上救护等。

……

现代航空技术已飞速发展,先进的飞机时速可达3700千米,但飞机的飞行本领有许多方面仍不及飞鸟。有一种“军舰鸟”,它的翅膀骨骼仅有100克重,而两翅展开却有2米多长,因此,它飞行时消耗的能量和动力非常少。比“军舰鸟”更节省“燃料”的是一种叫作金色鹬的小鸟,它从加拿大越海连续飞到南美洲,行程3900千米,而体重只减轻60克。现代航空技术若能赶上这种效率,那么一架轻型飞机飞行30千米,只需耗用0.5升汽油,仅相当于目前用量的1/9.看来,我们需要从鸟身上学习的东西还有很多。伴随着仿生学的发展,未来新型飞机的设计将会增添奇光异彩。我们相信,蓝天中“银光闪闪的大铁鸟”家族也一定会越来越兴旺。

“小档案”

鸟的飞行也不是没有缺点的,甚至会犯错误。主要有这几种情况:一是飞行中常常出差错。每年都会有鸟与飞机或其他飞行器相撞的悲剧发生,说明它们在飞行中“刹车”的本领仍不过硬。还有的鸟会不慎落到池塘里,或者撞到树上。根据慢动作的影片映出的一群鸟类着陆情景,我们会发现,它们要靠摆动尾巴或像小孩坐滑雪小橇似的拖着一脚,作出最后的纠正。二是起飞的方式也不是每种鸟都相同,都轻松自如的。身体重的鸟需要很大的能量,像天鹅起飞时既要有一条跑道,同时又要用力扑打双翼,才能达到足够的速度离开地面。而且所有的大鸟都要迎着起飞,道理和飞机一样,增加和空气的相对速度,否则无法扶摇直上来完成飞天之旅。当然,从整体上讲,鸟类在飞行上的本领仍是大自然中最杰出的,鸟本来就应该属于蓝天。