战斗机望而却步,蜻蜓的构造和飞行技术,人类仍未完全搞清楚

目前,地球上已知的可以自主飞行的物种只有昆虫、鸟类,以及人类模仿它们制造出来的飞行器。这次我们聊一聊昆虫中的蜻蜓,它简直是开挂般的存在。

昆虫、鸟、飞行器出现的一个比一个晚。

小小的昆虫为何要比鸟类更会飞呢?这就要说在生物的演化的时间轴上,昆虫要比鸟类出现的早的不止一点半点,3.5亿年前的古生代石炭纪,昆虫的有翅亚纲出现了它足足早了鸟类(1.4亿年前)2.1亿年。蜻蜓也在3亿年前左右就出现了,3亿年前中生代时期的蜻蜓体型庞大,是当时空中的“霸主”。在我国准噶尔盆地西北边缘发现了一枚距今2亿年的原始蜻蜓化石,这种新发现的原始蜻蜓单翅长101至102毫米,翅展宽度达到210毫米。美国发现的早二叠世的二叠拟巨脉蜓的翅展竟然可达710毫米。

蜻蜓具有顶级的飞行技术

1、长距离长时间飞行

蜻蜓是强大而敏捷的飞行者,时速50公里,它可以做到跨海迁徙,有研究发现蜻蜓飞行的最长距离高达11,000英里(近18,000公里)。

2、四种飞行方式

成年的蜻蜓在飞行中可以向任意方向移动,并突然改变方向(注意这里是任意方向,现代任何战机都无法实现)。

蜻蜓的飞行方式大体上包括4种:

蜻蜓的前后翅180 拍打,能够产生巨大的升力,用于悬停或缓慢飞行。

后翅比前翅提前90 拍打,提供身体更多推力,加速飞行。

前后翅同时拍打,用于快速改变方向。

翅的频率和气流保持同步,能够节省体力。

蜻蜓具有特异的身体构造

蜻蜓翅膀非常轻薄,翅脉呈网状结构,主脉四边形,次脉五边形或六边形。这种结构使得蜻蜓的翅膀在轻薄的基础上具备了韧性。与大多数昆虫不同,蜻蜓的翅膀是直接驱动的,飞行肌肉附着在翅膀基部。蜻蜓的动力/重量比很高,有文献证明,它们在追逐猎物时线性加速可达4g,在急转弯时加速可达9g。

人类制造飞行器的时候遇到了“颤振”难题,颤振指的是飞行器机翼在均匀气流中受到空气动力、弹性力惯性力耦合作用而发生的大幅度振动,如果不能有效解决该问题,那么飞行器的安全性能急剧下降。

理论上来讲,蜻蜓应该也会发生“颤振”,但是能够在9g加速度下依旧安然无恙的蜻蜓是怎么做到的呢?

原来蜻蜓的每片翅膀前缘的上方,都有一块漂亮的角质加厚部分,生物学上叫翅痣或翼眼,这就是蜻蜓用来克服飞行时产生"颤振"的装置,它起着飞行平稳的作用。如果把这块黑痣切除后再放飞,就会看到它飞得荡来荡去,没有原先那样平稳了。人们发现蜻蜓的这个秘密以后,就把它借用到飞机上,在飞机两翼末端的前缘,制成翅志下的是平衡棒,能保持飞机在飞行中的平衡!

消除"颤振"的翅痣

于是,科学家仿照翅痣为飞行器机翼上增加了类似结构,消除了"颤振"。

蜻蜓翅膀具有纳米抗菌特性

蜻蜓翅膀的纳米结构通过将细菌撕成碎片来杀死细菌,进而使翅膀免受细菌的侵染。科学家利用电子显微镜观察蜻蜓翅膀表面的纳米结构,该结构使得其翅膀具有一种不可思议的抗菌特性,通过利用这种能力,研究人员希望他们可以制造出抗菌表面涂层,医疗航天将会受益。

亚显微结构


蜻蜓的构造和飞行技术使得其成为飞行界的霸主,目前的无人机仍做不到像蜻蜓这样任意飞翔,不过等科学家揭开蜻蜓所有秘密,相信在不久的未来,新一代仿生飞行器会出现在人们面前。

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页面更新:2024-03-02

标签:蜻蜓   飞行器   望而却步   鸟类   战斗机   昆虫   细菌   纳米   翅膀   年前   方向   人类   结构   技术

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