好風憑藉力，送我上青雲 一動物的飛行智慧典人類的啟示 姓名：孫璟瑩學號：5100809008 自古以來，人類就對飛行懷有美好的憧憬和萝想。也許是由於對自身不具備 的能力的渴望，也許是因為看到鳥兒在天空自由飛翔產生了嚮往，於是世界各個 民族的神話傳說中都可以尋到關於飛天飛翔的印跡。西方的天使，古希臘的丘比 特，阿拉伯乘飛毯的英雄，中國的各路神仙，敦煌莫高窟壁畫上的飛天仙女，他 們或者借助羽翼和翅膀，或者憑藉雲彩、坐騎、飄帶等外物，飛入天空，承載著 人類最初的飛行萝想和想像。而如何才能實現這千百年來的飛天萝呢？人類也做 出了很多努力和嘗試，研究能夠飛行的動物們從而獲得靈感是種不錯的選擇。 觀察我們身邊常見的能飛行的動物，如昆蟲、鳥類和屬於哺乳動物的蝙蝠。 它們能夠飛行，與它們哪些特殊的生理構造有關呢？首先最明顯的便是：它們具 有翼。如鳥類，可以通過扇動雙翼，獲得升力和推力進行飛行。這便是飛行動物 中最基本的撲翼飛行方式。同時還有滑翔、翱翔等方式。在空中以翼飛行，沒有 實在的物體作為依託，力從哪里來呢？容易想到的答案便是：空氣。《紅樓萝》 中曾有詩句：好風憑藉力，送我上青雲。體現的便是風對風箏的作用力，使之能 扶搖直上青雲。動物的飛行同樣是利用了氣流。在撲翼飛行中，鳥類的翅膀由前 上方向後下方揮動，便可使周圍空氣對其產生向前和向上的作用力，推動其克服 阻力和重力，向前、向上運動。可類比想像成在水中游泳時雙臂雙腿的揮動提供 了向前運動的推力和一定的升力，划船時船槳的擺動使船前行等。其中的原理可 以用流體力學部分解釋，簡單理解便是翅膀對空氣有了向後向下的作用力，空氣 便對其產生向前向上的反作用力。 更為複雜的是，鳥類翅膀的形状、翼幅、負載、翼面的弧度、後掠角以及飛 翔的位置，均隨每一次扇翅而發生變化。撲翼頻率和幅度也會隨翼的連結角和飛 行速度而改變。鳥類撲翼飛行的空氣動力學機理至今尚未得到充分解釋。現在一 般的看法是，在扇翅時翅尖向前向下產生推力，而內翅的次級飛羽產生升力。扇 翅時翅尖的力能使每一根初級飛羽轉動，飛羽的後緣在氣流壓力下向上彎，每一 羽毛如同一螺旋槳那樣產生推力。當產生的推力大於總的阻力時，鳥的飛行就獲
好風憑藉力，送我上青雲 ——動物的飛行智慧與人類的啟示 姓名：孫璟瑩 學號：5100809008 自古以來，人類就對飛行懷有美好的憧憬和夢想。也許是由於對自身不具備 的能力的渴望，也許是因為看到鳥兒在天空自由飛翔產生了嚮往，於是世界各個 民族的神話傳說中都可以尋到關於飛天飛翔的印跡。西方的天使，古希臘的丘比 特，阿拉伯乘飛毯的英雄，中國的各路神仙，敦煌莫高窟壁畫上的飛天仙女，他 們或者借助羽翼和翅膀，或者憑藉雲彩、坐騎、飄帶等外物，飛入天空，承載著 人類最初的飛行夢想和想像。而如何才能實現這千百年來的飛天夢呢？人類也做 出了很多努力和嘗試，研究能夠飛行的動物們從而獲得靈感是種不錯的選擇。 觀察我們身邊常見的能飛行的動物，如昆蟲、鳥類和屬於哺乳動物的蝙蝠。 它們能夠飛行，與它們哪些特殊的生理構造有關呢？首先最明顯的便是：它們具 有翼。如鳥類，可以通過扇動雙翼，獲得升力和推力進行飛行。這便是飛行動物 中最基本的撲翼飛行方式。同時還有滑翔、翱翔等方式。在空中以翼飛行，沒有 實在的物體作為依託，力從哪里來呢？容易想到的答案便是：空氣。《紅樓夢》 中曾有詩句：好風憑藉力，送我上青雲。體現的便是風對風箏的作用力，使之能 扶搖直上青雲。動物的飛行同樣是利用了氣流。在撲翼飛行中，鳥類的翅膀由前 上方向後下方揮動，便可使周圍空氣對其產生向前和向上的作用力，推動其克服 阻力和重力，向前、向上運動。可類比想像成在水中游泳時雙臂雙腿的揮動提供 了向前運動的推力和一定的升力，划船時船槳的擺動使船前行等。其中的原理可 以用流體力學部分解釋，簡單理解便是翅膀對空氣有了向後向下的作用力，空氣 便對其產生向前向上的反作用力。 更為複雜的是，鳥類翅膀的形狀、翼幅、負載、翼面的弧度、後掠角以及飛 翔的位置，均隨每一次扇翅而發生變化。撲翼頻率和幅度也會隨翼的連結角和飛 行速度而改變。鳥類撲翼飛行的空氣動力學機理至今尚未得到充分解釋。現在一 般的看法是，在扇翅時翅尖向前向下產生推力，而內翅的次級飛羽產生升力。扇 翅時翅尖的力能使每一根初級飛羽轉動，飛羽的後緣在氣流壓力下向上彎，每一 羽毛如同一螺旋槳那樣產生推力。當產生的推力大於總的阻力時，鳥的飛行就獲
得加速。除烏類以外，昆蟲在振翅時也能產生升力和推力。它們在揚翅時翼呈“8” 字轉動，借助翼上表面轉向後下方時擊動空氣而獲得作用力。 除了翅膀等顯著生理結構外，鳥類等在長期的進化和自然選擇下形成了其他 適於飛行的生理特點。如流線型的體形可减少飛行中的空氣阻力，十分發達的胸 肌為扇動翅膀提供足夠的動力。以及特殊的中空的骨骼减輕了自身重量。烏骨是 優良的輕質材料”，中空，質輕。由於骨頭輕，翅膀極容易帶動起來，加上鳥體 內還有很多氣囊與肺相連，這對减輕體重，增加浮力非常有利。同時發達的消化 系統保障了飛行中的高耗能，這些都有利於振翅飛行。 由於動物們種種特殊的生理條件，人類模仿鳥類等動物撲翼飛行這一嘗試沒 有成功。1680年，義大利人波萊裹出版了《動物的運動》一書，研究了人類飛 行的可能性。波萊裹的結論是：“人依靠自己的力量進行撲翼飛行是不可能的。” 與波萊裹同時代的英國人羅伯特·胡克也認為“人要想飛起來，胸部得有兩米寬， 還要長出豐滿且強有力的肌肉和翅膀。”現代研究表明，健壯男子在10分鐘内只 能連續輸出0.26千瓦的功率。按每千克體重所能輸出的功率計算，人類遠不如 鳥類.同時有分析指出，烏骨只占鳥體重的5%~6%：而人類骨頭占體重的18%。 所以不論從身體的結構還是能力來看，人類都不適合做如此大體力的振翅飛行運 動。 在意識到模仿鳥類的撲翼飛行行不通後，人類並沒有放棄飛行的萝想，而是 開始轉向其他方式的嘗試。這也就逐步形成了後來利用熱氣球、滑翔装置、螺旋 装置以至目前的噴氣装置的飛行器。同時動物們翼的結構和流線形體形等特點對 現代飛機的發明也有很大的啟示作用。 2011年3月，有新聞報導德國科學家研製出一種仿真的“智能鳥”，能夠通 過拍打翅膀來獲得動力進行飛行。智能鳥通過無線電控制，也可自主飛行。它的 重量只有450克，通過擺尾和搖頭改變飛行方向。這款機器鳥的設計靈感來源於 海鷗，它的翅膀不僅能夠上下拍動，同時也可按特定角度扭轉。通過扭力馬達進 行調節，可使其上行衝程時翅膀朝上，提高飛行高度，下行衝程時翅膀朝下。這 一發明是人類在鳥類撲翼飛行原理上的又一進展的體現。我們有理由相信，在未 來我們能在鳥類飛行原理方面獲得更多進步，將每一個人的飛行萝想都送得更高 更遠
得加速。除鳥類以外，昆蟲在振翅時也能產生升力和推力。它們在揚翅時翼呈“8” 字轉動,借助翼上表面轉向後下方時擊動空氣而獲得作用力。 除了翅膀等顯著生理結構外，鳥類等在長期的進化和自然選擇下形成了其他 適於飛行的生理特點。如流線型的體形可減少飛行中的空氣阻力，十分發達的胸 肌為扇動翅膀提供足夠的動力。以及特殊的中空的骨骼減輕了自身重量。鳥骨是 優良的“輕質材料”，中空，質輕。由於骨頭輕，翅膀極容易帶動起來，加上鳥體 內還有很多氣囊與肺相連，這對減輕體重，增加浮力非常有利。同時發達的消化 系統保障了飛行中的高耗能，這些都有利於振翅飛行。 由於動物們種種特殊的生理條件，人類模仿鳥類等動物撲翼飛行這一嘗試沒 有成功。1680 年，義大利人波萊裏出版了《動物的運動》一書，研究了人類飛 行的可能性。波萊裏的結論是：“人依靠自己的力量進行撲翼飛行是不可能的。” 與波萊裏同時代的英國人羅伯特·胡克也認為“人要想飛起來，胸部得有兩米寬， 還要長出豐滿且強有力的肌肉和翅膀。”現代研究表明，健壯男子在 10 分鐘內只 能連續輸出 0.26 千瓦的功率。按每千克體重所能輸出的功率計算，人類遠不如 鳥類。同時有分析指出，鳥骨只占鳥體重的 5％～6％；而人類骨頭占體重的 18％。 所以不論從身體的結構還是能力來看，人類都不適合做如此大體力的振翅飛行運 動。 在意識到模仿鳥類的撲翼飛行行不通後，人類並沒有放棄飛行的夢想，而是 開始轉向其他方式的嘗試。這也就逐步形成了後來利用熱氣球、滑翔裝置、螺旋 裝置以至目前的噴氣裝置的飛行器。同時動物們翼的結構和流線形體形等特點對 現代飛機的發明也有很大的啟示作用。 2011 年 3 月，有新聞報導德國科學家研製出一種仿真的“智能鳥”，能夠通 過拍打翅膀來獲得動力進行飛行。智能鳥通過無線電控制，也可自主飛行。它的 重量只有 450 克，通過擺尾和搖頭改變飛行方向。這款機器鳥的設計靈感來源於 海鷗，它的翅膀不僅能夠上下拍動，同時也可按特定角度扭轉。通過扭力馬達進 行調節，可使其上行衝程時翅膀朝上，提高飛行高度，下行衝程時翅膀朝下。這 一發明是人類在鳥類撲翼飛行原理上的又一進展的體現。我們有理由相信，在未 來我們能在鳥類飛行原理方面獲得更多進步，將每一個人的飛行夢想都送得更高 更遠