如果真的有龙,从物理学的角度来讲,它的飞行原理是什么?
如果真的有龙,从物理学的角度来讲,它的飞行原理是什么?
"北冥有鱼,其名为鲲。鲲之大,不知其几千里也;化而为鸟,其名为鹏。鹏之背,不知其几千里也;怒而飞,其翼若垂天之云。"在庄子的时代,翼龙早已消失了亿万年,但是依现代眼光而看,庄子关于北冥之鱼奇诡的想象,竟然与翼龙的形象和演化特点惊人相似。
翼龙是有史以来继昆虫之后,最先飞上天空的动物。它们不是鸟,也不是蝙蝠,属于爬行类的动物。它们是地球上出现过的最接近于龙的动物。22亿年前的化石显示,它们有些短尾,有些长尾;有些小如麻雀,有些形如巨兽,它们身上覆盖着毛发,而且还有头冠,它们用来捕食的嘴也很奇特。尽管种类繁杂,但是它们最突出的特征一一就是会飞行。
翼龙的世界究竟是怎样的?这些看上去像破伞似的动物,是如何拖着笨重的身体飞上天空的?
翼龙飞行原理
我国专家从飞行力学、空气动力学的角度,来研究头顶具有大型脊冠的夜翼龙的飞行方式。他们模拟研究后得出结论认为,夜翼龙利用高耸于头上的脊冠充当风帆,从而获得了高超的飞行能力。
翼龙最突出的特征是其前肢上极度加长的第四指,该指由长而粗的三四个指节组成,附着有一张大大的膜,从而成为飞行的翅膀。
目前已经出土的化石标本表明,包括夜翼龙在内的一些翼龙,它们的脑袋上还长有非常奇特的高大脊冠。对这些脊冠的作用,古生物学者做过很多研究,也提出了很多假说,比如充当飞行的方向舵、减速板、展示炫耀等等,但是都没有得出令人信服的结论。
研究表明,夜翼龙巨大的脊冠完全可以支撑起一张连接有软组织的头帆。在低速空气动力学的范畴下,他们对头帆可能具有的力学特性进行了分析。模拟飞行显示,当夜翼龙在空中飞翔时,庞大的头帆可以在其顺风时产生巨大的推力,令其如虎添翼,这一推力几乎超过其体重的90%;逆风时,它只要调整头帆角度,亦能前进。
同时,夜翼龙还可以依靠调整头帆气动中心与自身重心的位置来控制推力,这些高超的技艺充分表明,夜翼龙已经是一类具有高超飞行能力的动物。
翼龙仿生飞行器研究实例
在扑翼机的硏究中,国内外较多依照昆虫及鸟类进行设计与优化。由于翼龙是远古生物,研究区域大多停留在生物学领域,未向航空航天类学科延展。即便是生物学研究,对于翼龙的飞行性能的研究也相对较少。
在国内,浙江大学曾设计一款以翼龙命名的飞行器,但其实质仍是固定翼飞机,没有扑翼上的仿生。
放眼国外,最著名的关于为1985年的一个设计成品:一个0.5倍大小的风神翼龙模型,但最终实验结果并不理想,且此模型与真正的翼龙飞行模式契合度较低,如实际翼龙是用头冠来控制方向即方向舵前置的飞行系统,但比模型仍模仿现代飞机将方向舵置于尾端,且此模型的长尾干扰了对冀龙重心分布与飞行间关系的測试。
综上,国内外的两次典型研究均并未达到完全意义上的契合实际。
综合分析造成露龙仿生飞行器研究进度较慢的原因,一是翼龙的生物性数据只能从化石上得来,并非实物,二是大部分关于翼龙飞行的研究来自古生物学家或进化学家,他们在飞行层面的一些如空气动力学、飞行器方向的知识体系不够完善;三是翼龙仿生飞行器的潜在价值未被大部分人发现。
翼龙仿生飞行器研究价值
在商业领域,制造,翼龙仿真飞行器有着极大的商业价值,翼龙极具观赏性,在旅游业有着大好前景,侏罗纪公园或许可以从机械层面得以实现。
在科研领域,"复活"一只翼龙使其飞行起来,将对所有有关翼龙的研究提供一种比化石观测、计算机模拟更加直观有效的手段。
进一步来讲,它也可以帮助揭示翼龙到底能飞不能飞、翼龙头冠到底有没有膜等问题的谜底。
同时又可以加深人类对古生物的认知如古生物的飞行原理,并丰富多个学科的知识内容,拓宽现有扑翼结构的可行性,还原冀龙飞行模拟翼龙的典型结构特征。
简言之,翼龙仿生飞行器的研制尚未完善,它就如同一块尚未开垦的田野,潜身其中一定将有所收获。