鸟类飞行原理中的尾部空气动力学

Adrian Thomas 1995年在兰德大学攻读博士学位时，致力于研究鸟尾的气动功能（Thomas，1995）。他的论文主要是对鸟飞行中尾翼的形状和功能的研究现状进行综述。尾翼对于鸟的位置来说是在升力和重心后面。尾部的力会产生旋转力矩。主要涉及的力是升力、阻力和向左向右的转向力。尾巴有几个自由移动的自由度，它们可以向上和向下倾斜、展开和折叠、向左和向右旋转。

在许多情况下，鸟尾与三角翼非常相似，适用于三角翼的气动理论有可能也适用于尾翼，特别是当尾翼伸展到一定程度时。由边缘又硬又窄的羽毛构成锋利的前缘，大多数鸟都会用同样的方式操作。即使攻角很小，空气也会分离并在尾部边缘形成锥形前缘螺旋涡流，一个在左侧一个在右侧。这些涡流从低压处伸展，并通过增加尾部压力来产生向上的力。尾部的前缘越长，产生的升力越大。阻力由多个部分构成：前缘涡流升力引起的阻力，由迎流与表面摩擦引起的与表面积成比例的外形阻力。又硬又长的尾巴和细长的中心羽毛可能会控制阻力，这有助于空气动力学的稳定。

深叉尾部提供高升力和低阻力。一些高敏捷的鸟（谷仓燕子和护卫舰鸟）具有又轻又深的叉尾。另外，许多海鸟有大翅膀和小短尾。这仅仅有助于在高速下提高操作性，并不会有助于升力的产生。(www.xing528.com)

海鸟可能生活在没有障碍物的环境中，所以它们的机动性比较低。林地的鸟需要旋转身体大幅度改变升力指向来避免碰撞。它们需要尾巴提供动态稳定性，避免伤害。因此，林地鸟类的尾巴通常比野外鸟类的尾巴更不开叉。欧亚麻雀鹰和长尾鹰有长长的直尾，它们在森林中有快速狩猎的习惯；后者生活在非洲森林的树荫里。

谷仓燕子用它们深叉尾的可变跨度来控制转弯的角度。最大的转弯半径是尾巴关闭、外圈羽毛展开时的半径。我们必须记住鸟尾函数关系的证明通常是间接的，这里迫切需要进行试验研究。