瑞典科学家最新的一项研究发现,蝙蝠和鸟类飞行的空气动力学机制存在显著差异。在飞行速度较慢时,蝙蝠扇动翅膀的模式更接近于黄蜂,这种差异使蝙蝠具有极佳的机动性,能够在高速飞行中快速转弯,同时在低速飞行时获得更多升力。这一研究结论将有助于新型飞行器的设计。5月11日的《科学》杂志以封面文章形式报道了这一研究成果。
领导该研究的是瑞典隆德大学的Anders Hedenström。通过对风道中吸蜜蝙蝠翼下的气流形状进行拍摄研究,科学家发现,蝙蝠在飞行过程中产生的旋转涡流比鸟类更加复杂,而且在上行程(翼翅向上向后的运动过程)中会产生更大的力。蝙蝠的膜状翼结构使其能够产生独特的涡流模式,这与鸟类的羽毛翼截然不同。
之前的研究表明,鸟类在飞行时两翼后侧分别产生的空气涡流会发生合并,形成单一的气流环,从而尽可能减少飞行中的扰动和身体后方的拉力。而最新研究表明,蝙蝠的飞行机制并非如此。蝙蝠膜状翼后方产生的涡流不会合并,两翼基本保持独立运行。尽管这会降低空气动力效率,但给蝙蝠带来了快速转弯的优势。英国牛津大学动物行为学家Graham Taylor对此表示赞同,他说:“很明显,蝙蝠是很棒的飞行者。”
新研究同时表明,在飞行速度较低时,蝙蝠翅膀向上扇动的过程中会产生很大的力。尽管过强的力对鸟类而言并非好事(鸟类通过将翅端羽毛分开来刻意避免),但对蝙蝠却有特殊意义。Hedenström表示,蝙蝠翅膀向下扇回时能够产生较大的升力,这一飞行方式很像大黄蜂。蝙蝠两翼会在扇动过程中产生弯曲,类似于水手利用风帆向预定方向前进。
Hedenström推测,鸟类和吸蜜蝙蝠的飞行机制之所以不同,可能是因为后者没有尾巴,因此无法利用鸟类的涡流模式进行飞行。这一发现不仅揭示了蝙蝠飞行的独特机制,也为仿生飞行器的设计提供了新思路。