說(shuō)起會(huì)飛行的動(dòng)物，可能很多人第一時(shí)間會(huì)馬上想起鳥(niǎo)類，然而如果要論飛行技術(shù)，那鳥(niǎo)類可能就得讓一讓了，畢竟早在3億多年前的石炭紀(jì)，昆蟲(chóng)就已經(jīng)飛向了藍(lán)天，而在那個(gè)時(shí)候地球上根本就沒(méi)有鳥(niǎo)類。 蜻蜓，飛行界的王者
經(jīng)過(guò)3億多年的演化，地球上現(xiàn)存的昆蟲(chóng)早已擁有了令人驚嘆的飛行能力。在它們之中，相信大家最熟悉的應(yīng)該就是蚊子了，雖然我們對(duì)蚊子非常反感，但我們不得不承認(rèn)，這種昆蟲(chóng)的飛行技術(shù)確實(shí)很強(qiáng)，在很多時(shí)候，它們都會(huì)憑借非常靈活的空中機(jī)動(dòng)來(lái)輕松逃過(guò)我們的“魔掌”。 然而蚊子卻有一個(gè)揮之不去的“噩夢(mèng)”——蜻蜓，作為一種食肉性昆蟲(chóng)，蜻蜓最愛(ài)吃的食物之一就是蚊子，根據(jù)昆蟲(chóng)學(xué)家提供的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，蜻蜓捕食蚊子的成功率高達(dá)90%以上，這足以說(shuō)明蜻蜓的飛行技術(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)凌駕于蚊子之上。實(shí)際上，蜻蜓的飛行技術(shù)可以說(shuō)是自然界的頂級(jí)水平，正因?yàn)槿绱?，它們也被稱為飛行界的王者。 蜻蜓的飛行技術(shù)到底有多強(qiáng)？蜻蜓的飛行速度可以高達(dá)每小時(shí)50公里，這比大多數(shù)昆蟲(chóng)要快很多，它們可以在高速運(yùn)動(dòng)中很快地靜止，并且穩(wěn)穩(wěn)地懸停在空中，也可以在極短的時(shí)間內(nèi)從懸停狀態(tài)轉(zhuǎn)為高速飛行。在飛行過(guò)程中，蜻蜓還可以進(jìn)行毫無(wú)征兆地“急轉(zhuǎn)彎”，在追捕獵物時(shí)，蜻蜓的瞬間加速度可以達(dá)到9g以上，這無(wú)疑極大地提升了它們的捕獵成功率。
蜻蜓飛行的方向可以是空中的任意方向，你沒(méi)有看錯(cuò)，是任意方向，不管是向下還是向上，向左還是向右，甚至它們還可以直接倒著飛行。 除此之外，蜻蜓還可以一次性飛行非常遠(yuǎn)的距離，人們?cè)缫延^測(cè)到有些蜻蜓能夠穿越印度洋遷徙至非洲，而在2016年時(shí)候，一項(xiàng)來(lái)自羅格斯大學(xué)生物學(xué)家的研究表明，有一種薄翅蜻蜓竟然能夠橫跨太平洋，其飛行距離可以高達(dá)6440公里。 假如從未見(jiàn)過(guò)蜻蜓的話，那么我們很可能無(wú)法想象出自然界中居然會(huì)存在著飛行技術(shù)如此高超的昆蟲(chóng)。那么它們是怎么做到的呢？雖然科學(xué)家研究多年，仍未完全搞清楚蜻蜓的秘密，但還是有很多收獲，下面我們就來(lái)看一看。 蜻蜓的秘密
作為飛行界的王者，蜻蜓擁有四只巨大的翅膀，它們的翅膀非常輕薄，最薄處的厚度可以小于2微米，在將其放大之后可以看到，蜻蜓的翅膀擁有一種特殊的網(wǎng)狀翅脈結(jié)構(gòu)，其“主脈”為四邊形網(wǎng)絡(luò)，而“次脈”多為五邊形和六邊形，科學(xué)家認(rèn)為，這種結(jié)構(gòu)讓蜻蜓的翅膀具備了很強(qiáng)的韌性。
上圖為科學(xué)家利用掃描電子顯微鏡觀測(cè)到的蜻蜓翅膀的微觀結(jié)構(gòu)，可以看到，蜻蜓的翅膀表面布滿了納米級(jí)的柱狀結(jié)構(gòu)，它們不僅可以在空氣流過(guò)翅膀表面時(shí)直接影響流體動(dòng)力學(xué)，還使得蜻蜓的翅膀具備良好的疏水性，很難沾上水以及灰塵。 值得一提的是，在過(guò)去的日子里，“顫振”一直是人類在飛行器領(lǐng)域的一大難題，所謂“顫振”是指在飛行過(guò)程中，飛行器的機(jī)翼在空氣動(dòng)力、彈性力以及慣性力的綜合作用下發(fā)生的一種有害的振動(dòng)，飛行器的速度越快，“顫振”就越強(qiáng)烈，在嚴(yán)重的時(shí)候，甚至還會(huì)造成機(jī)翼直接折斷。 理論上來(lái)講，像蜻蜓這種巨大的翅膀同樣也會(huì)發(fā)生“顫振”，但實(shí)際上，蜻蜓卻絲毫沒(méi)有受到“顫振”的威脅，這是為什么呢？
科學(xué)家經(jīng)過(guò)研究后發(fā)現(xiàn)，原因就是在蜻蜓翅膀的前緣，存在著一個(gè)被稱為“翼眼”的加厚區(qū)域（如上圖所示），它可以有效地消除蜻蜓在高速飛行時(shí)產(chǎn)生的“顫振”。在接下來(lái)的日子里，人們便模仿了蜻蜓，在飛行器的機(jī)翼上也增加了類似的結(jié)構(gòu)，從而一舉克服了“顫振”這一難題。 研究表明，蜻蜓的每一只翅膀都是由獨(dú)立的肌肉控制，并且它們還可以旋轉(zhuǎn)，這就意味著蜻蜓在飛行的時(shí)候能夠單獨(dú)控制前翅和后翅的傾角以及翅膀振動(dòng)的幅度和頻率，通過(guò)不同的相位差，就可以實(shí)現(xiàn)各種飛行需求。
例如當(dāng)蜻蜓的后翅領(lǐng)先前翅4分之1周期的時(shí)候，蜻蜓就可以獲得很大的升力，從而可以穩(wěn)穩(wěn)地懸停在空中，當(dāng)后翅比前翅提前90度，就可以獲得很大的推力，從而高速飛行，當(dāng)所有的翅膀同步時(shí)，則可以獲得在某個(gè)方向上的最大推力，從而實(shí)現(xiàn)“急轉(zhuǎn)彎”，而當(dāng)所有的翅膀都停止振動(dòng)時(shí)，蜻蜓則可以進(jìn)入滑翔模式，科學(xué)家認(rèn)為，滑翔模式就是蜻蜓能夠進(jìn)行超遠(yuǎn)距離飛行的秘密。 小結(jié)蜻蜓高超的飛行技術(shù)無(wú)愧于“飛行界的王者”這一稱號(hào)，而它們也是我們?nèi)祟愖詈玫睦蠋煟湍壳皝?lái)看，雖然蜻蜓的秘密我們?nèi)晕赐耆闱宄?，但是科學(xué)家對(duì)于蜻蜓的研究卻從未停止過(guò)，期待在不久的將來(lái)，我們?nèi)祟惖娘w行器也能像蜻蜓一樣在天空中飛行。 好了，今天我們就先講到這里，歡迎大家關(guān)注我們，我們下次再見(jiàn)。 （本文部分圖片來(lái)自網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)請(qǐng)與作者聯(lián)系刪除） |
