自古以来,人类仰望天空,总会为飞鸟的自由翱翔所吸引。我们曾梦想着如鸟儿般展翅高飞,这种渴望在漫长的岁月里,不断激发着人们的探索和创新。进入20世纪初,人类对于飞行的向往终于有了历史性的突破。
通过对鸟类飞行行为的细致观察,以及对其翅膀结构的深入研究,莱特兄弟成功研制出了飞机,实现了人类的飞行梦想。自此以后,人类在高度、速度、载重和航程上不断挑战自我,逐渐将鸟类远远甩在身后。
除了鸟类,我们还将目光投向了昆虫。通过模仿它们的垂直起降和悬停能力,我们发明了直升机。这标志着人类在技术上已完全实现了自由飞行的可能。于是,有人断言,生物界的飞行秘密已被人类完全解开。然而事实真的如此吗?
答案是否定的。尽管人造飞行器在尺寸和重量上远超鸟类和昆虫,但在飞行特性的方面,我们仍然需要向这些自然界的飞行生物学习。在这一点上,人类的飞机与鸟类和昆虫相比,仍显得简单而粗糙。
从飞行效率的角度来看,人类的飞机尚不能与鸟类和蜻蜓等昆虫相媲美。
在生物界中,蜻蜓以其出色的飞行性能著称。它们不仅拥有高速飞行的能力,而且机动性极好,能够快速改变高度和方向。这些性能在人类的战斗机上得以体现。蜻蜓还具备更加强悍的功能。它们可以在特定高度缓慢滑翔,并能在空中悬停。这种能力令人类设计师深感敬佩。
蜻蜓的飞行能力远不止于此。尽管它们体型较小,但却能实现倒飞、侧飞以及直上直下的机动。更令人惊叹的是,一对的蜻蜓在飞行中能够相互配合,无论是垂直起降、悬停还是高速飞行都毫无问题。这种技能让全世界的飞机设计师感到无以言表。
科学家们对蜻蜓的研究已经持续了几十年。他们发现蜻蜓能够高效利用非定常涡流。与人类飞行器不同,蜻蜓的翅膀一直在不停运动,每秒可振动30至50次。这种特殊的振动方式不仅使翅膀绕着根部前后运动,还围绕根部进行旋转,从而不断调节翅膀和气流的相对角度。
尽管蜻蜓的这种特殊性能为科学家们所惊叹,但在将其应用于大型飞机上仍存在许多障碍。这涉及到大型可变机翼的高速振动、两个方向的耦合动作以及前后机翼气动影响等问题。在气动控制原理、机构设计和材料研制等方面都存在巨大的难度。
尽管如此,蜻蜓作为飞行器的代表,其所具备的高速高效率巡航、高机动、垂直起降和悬停以及突然垂直机动等功能,仍是所有设计师梦寐以求的。迄今为止,我们只实现了一部分这些功能,但对蜻蜓的研究仍在继续,不断有新型产品问世。