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鸟类飞行原理:翅膀和尾巴的操纵技术及影像记录

时间:2023-10-18 理论教育 版权反馈
【摘要】:翅膀的旋前和旋后,改变尾巴纵向轴线与身体中间平面的角度,都可以控制俯仰旋转。通常在转弯的方向上形成旋转,在鸟翼与水平面形成特定夹角,即鸟刹车时停止旋转。在飞行操纵时,需要翅膀和尾巴产生非对称的空气动力,既可以是阻力也可以是升力。鸟类甚至可以改变双翼的弯度和部分外形。尾部可以利用不同的展开角度获得明显的操纵力。这些鸟装有红外线反射标记,并用4台高速摄像机拍摄。

鸟类飞行原理:翅膀和尾巴的操纵技术及影像记录

一只飞行的鸟可以通过重心绕着三个轴转动。围着鸟喙与鸟尾构成的纵轴旋转称为滚转,可以通过鸟翼产生升力控制,离重心越远需要控制的翻滚力就越大。手翼上的主要力是升力。长而尖的V形尾巴也可以控制滚转。俯仰旋转即围绕平行于伸展翅膀的轴旋转,头朝下尾朝上,或者头朝上尾朝下。翅膀的旋前和旋后,改变尾巴纵向轴线与身体中间平面的角度,都可以控制俯仰旋转。第三条轴线为垂直于水平面且穿过鸟的轴线,围绕这条轴线的旋转称为偏航,它可由翅膀上的阻力或推力的差值导致。原则上,鸟可以用偏航来转向,但这并不是改变方向的常用方法。通常在转弯的方向上形成旋转,在鸟翼与水平面形成特定夹角,即鸟刹车时停止旋转。在转弯时升力不再是垂直的,它会在水平方向产生一个分力作用在鸟上。

在飞行操纵时,需要翅膀和尾巴产生非对称的空气动力,既可以是阻力也可以是升力。在滑翔时,双翼可以在肘部或者腕部展开不同程度,也可以不对称地旋后或旋前造成攻角的差异。鸟类甚至可以改变双翼的弯度和部分外形。尾部可以利用不同的展开角度获得明显的操纵力。扑翼可以在上冲过程和下冲过程时产生较大的不对称力,从而获得侧向不对称的速度或加速度。Warrick和Dial(1998)引导鸽子绕过篱笆飞到一只异性鸽子的栖息处。这些鸟装有红外线反射标记,并用4台高速摄像机拍摄。短距离飞行的速度为3 m·s-1,鸟通过扑翼绕开篱笆角度为30°,加速度为600 rad·s-2(3 450°·s-2)。两翼的非对称下冲速度造成滚转;一只鸟翼比另一只鸟翼在下冲过程中更快地进行拍打,差值约为最大值的17%。鸽子没有利用双翼间的攻角差异。滚转运动在相同的下冲过程结束时或在下一个上冲过程开始时结束,这是由于原本双翼的非对称速度在此时变成反向的速度。很明显,鸽子在上冲过程和下冲过程中使用较大的交替和反向力,而不是双翼上空气动力学特征的细微变化。(www.xing528.com)

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