候鳥人字編隊飛行 動力學奧秘解開(圖)

【看中國2014年02月11日訊】一項研究發現，候鳥編隊飛行顯示出的航空技能，遠遠超過了人類飛行員。鳥精確定時翅膀的拍動並調整自己的位置，充分利用氣流的微小影響。在沒有計算機的幫助下鳥類是如何監測和應對如此複雜的飛行動力情況仍是一個謎。

科學家在14只隱䴉（音環）​​身上安裝了微型巡檢儀，通過衛星跟蹤它們的位置和速度，測量翅膀的每一次扇動。

為了實現「人」字編隊飛行，鳥類採用了特定的機制。首先，在展向即人字形位置飛行時有一個振翅空間相位，鳥們共同產生一致的翼尖路徑，在整個振翅週期中最大限度地捕獲上升流。

​​鳥採用的第二種機制發生在流向（後面）的位置上。鳥進行空間反相位的振翅，破壞翼尖路徑的一致性，避免有害的下降流區。這種機制專門用於拍打飛行期間。

倫敦大學皇家獸醫學院首席研究員Steve Portugal博士說：「研究人員早已好奇鳥群獨特的‘人’字隊形，但其空氣動力學的詳細影響直到現在才解開。採用‘人’字編隊飛行的複雜機制，表明鳥類對響應附近隊友翅膀路徑具有非凡的意識和能力。‘人’字編隊鳥類似乎已經開發出複雜的分階段戰略，以響應拍打翅膀所產生的動態蹤跡。」

候鳥普遍採用「人」字編隊一直被認為幫助它們飛得更有效率，飛行在高處而使用儘可能少的能量。據說第二次世界大戰盟軍轟炸機飛行員已經注意到「人」字編隊飛行時他們的燃油經濟性提高。這個故事從來沒有被證實，但民用和軍事飛行員都知道編隊飛行的節能效益。

根據《自然》雜誌上研究文章中所引用的數據，通過保持機翼和前飛機軌跡一致，戰鬥機可以減少高達18％的能源消耗。對扇動翅膀的鳥利用編隊飛行的優勢則要困難得多。「人」字編隊飛行時，鳥翼大約同相，這意味著所有的翼尖遵循大致相同的路徑。這有助於每隻鳥從它前面相鄰的鳥產生的上升流捕獲額外的升力。

「人」字編隊中偶然的變化位置意味著有時鳥一個接一個地直接飛行。當發生這種情況時，鳥兒改變了翅膀拍擊方式，改到異相模式，以避免被捲入下降氣流。這項研究表明鳥類能夠很好地群體合作，執行複雜的空氣動力振翅活動。研究結果可用於空氣動力學和製造領域。

在研究中使用了奧地利保育團體在維也納動物園人工飼養的14只隱䴉，隱䴉為極危物種，於2008年估計野外的數量約有500只，飼養的則有超過1000只。科學家在隱䴉從奧地利遷徙到義大利托斯卡納冬季越冬地途中對它們進行了研究。研究所用隱䴉受到培訓，由一架超輕型飛機指引它們遷徙，回到在義大利的越冬點。今年晚些時候將沒有輕型飛機的指引，由它們自己找到回到奧地利薩爾茨堡繁殖地的路線。

去年，科學家宣布發現了鳥是如何藉助地球磁場引導它們找到跨越數千英里的遷徙路途。

看來鳥都配備了類似超級英雄鋼鐵俠的內部導航系統。它們在耳朵裡面有稱為毛細胞的感覺神經元，負責檢測聲音和重力。讓奧地利和澳大利亞科學家驚訝的是，每個毛細胞同一個地方都有一個單一的微小鐵球，比人的頭髮的寬度細2000倍。研究人員認為，鐵球就像一個指南針，幫助鳥兒知道它們是否飛向北方或是南方，太陽的位置和感知視覺地圖，找到路線。