10.13 為何我們不去模仿鳥兒製造會“扇動翅膀”的飛機呢?

人類自古以來就是嚮往天空的,歷史記載可查,18世紀人類設計出來熱氣球讓自己可以離開地面,算是一次成功的嘗試。

為何我們不去模仿鳥兒製造會“扇動翅膀”的飛機呢?

人類早期熱氣球的樣貌

但是真正讓人類能夠用很高的速度“飛起來”,並且實現可控飛行的,還是通過模仿鳥的方式實現的,所以說鳥類是人類飛行的老師一點兒都不為過。

為何我們不去模仿鳥兒製造會“扇動翅膀”的飛機呢?

鳥是人們非向天空的引導者

不知道大家注意到沒有,鳥類是依靠“拍打翅膀”飛向天空的,人類造的飛機的機翼都是固定的,既然拜鳥類為師,最後為什麼人類沒有造出來“拍打翅膀”的飛機呢?且聽我慢慢為你解答。


人類固定翼飛機和鳥類的飛行原理有著很大差異

鳥和昆蟲都是依靠揮動翅膀飛起來的,如果讓我用一句最簡單的話來描述其中的原理的話,就是鳥類通過撲打翅膀把空氣往下“推”,從而獲得一個向上的反作用力。其中的道理就是“作用力與反作用力”。

為何我們不去模仿鳥兒製造會“扇動翅膀”的飛機呢?

生物拍打翅膀可以飛起來

而我們平時看到的固定翼飛機則不是這個原理,如下圖所示,先通過飛機的發動機推動飛機產生一個水平運動速度,通過機翼與空氣之間的相對作用,迫使空氣向斜下方流動,從而獲得一個向上的力、把整個飛機託舉起來

換句話說:固定翼飛機需要滑行一定的時間、獲得一定的速度之後才能夠得到足夠的升力,鳥類則是原地撲打翅膀,所以鳥不需要這個初始速度就可以原地起飛。

撲翼機人類也製造過,但是一般只用在很小的飛行器上

人類其實也模仿過昆蟲製造過所謂的“撲翼機”,但是這種飛行器一般都是非常小的,而大的飛行器還是老老實實採用固定翼方案。

為何我們不去模仿鳥兒製造會“扇動翅膀”的飛機呢?

模仿昆蟲製造的小型撲翼機

撲翼機很少出現主要是由於撲翼結構不適合製造大飛機

鳥類、昆蟲的重量一般都是很輕的,即便是最大的鳥類:阿根廷巨鷹也不過才區區70公斤的重量,跟動輒幾百噸重的人類飛機比起來簡直就是小巫見大巫,比如說著名的A380科技,起飛的時候重量足足可以達到560噸。

為何我們不去模仿鳥兒製造會“扇動翅膀”的飛機呢?

阿根廷巨鷹,重量:70kg

為何我們不去模仿鳥兒製造會“扇動翅膀”的飛機呢?

A380,重量:560噸

而飛機重了之後如果還要採用撲翼機的結構,那麼會帶來如下的問題:

1,機翼太大了,根本就撲騰不起來。大飛機的巨大機翼想要撲騰起來,必須要承受機翼傳到機身上巨大的力矩作用,這就給連接部位帶來了可怕的負載,飛機根本就頂不住。我打個形象的比方,一個30斤的啞鈴任何成年人都可以輕鬆舉起來,但是如果要你水平把這個啞鈴舉起來,因為啞鈴對你肩膀產生的巨大的力矩作用,估計就只有專業人士能夠做到了。

為何我們不去模仿鳥兒製造會“扇動翅膀”的飛機呢?

水平舉啞鈴會給肩膀帶來巨大的力矩作用

2,不斷撲打的機翼非常容易壞。如果飛機機翼受到的力一直是一個方向的,那麼這個結構不容易壞,但是如果飛機機翼撲打起來,那麼飛機機翼收到的力就是“交變”的,會非常容易損壞。好比一個人很難拉斷一根鋼絲,但是隻要彎折幾下鋼絲就會斷一樣,這無疑給飛機的壽命帶來了巨大的問題。

為何我們不去模仿鳥兒製造會“扇動翅膀”的飛機呢?

交變的力對機翼傷害很大,所以需要嚴加考核

3,機艙裡面的人受不了撲打機翼帶來的振動。一旦飛機機翼振動起來,機艙裡面的人也會跟著振動,做一次飛機就好像坐跳樓機一樣,估計沒有人能夠受得了吧。

為何我們不去模仿鳥兒製造會“扇動翅膀”的飛機呢?

你願意坐飛機跟坐跳樓機一樣嗎?

4,撲翼機飛不快。機翼撲打的同時,會帶來巨大的阻力作用,所以鳥類想要高速飛行的時候都是爬升到一個很高的高度,然後利用重力勢能俯衝下來,這個時候翅膀是不會撲打的,不然速度會很快降下來。而人類的飛機想要的就是高速,自然不會搞出來一個撲翼的結構了。

人類早期也嘗試過撲翼機結構,但是無一例外都失敗了

在早期人類還在摸索怎麼製造飛機的時候,也有一些腦洞大開的人搞出來撲翼機的結構,甚至於早在達芬奇那個年代,天才設計師達芬奇先生就嘗試設計過這種模仿鳥兒飛行的撲翼機。

為何我們不去模仿鳥兒製造會“扇動翅膀”的飛機呢?

達芬奇設計的撲翼機

但是因為以上的一些原因,基本上連飛都飛不上天,甚至於撲翼機還沒開動兩下,整個飛機就散了架。所以說人類最終選擇固定翼飛機也是有他的道理的。

為何我們不去模仿鳥兒製造會“扇動翅膀”的飛機呢?

撲翼機嘗試啟動

為何我們不去模仿鳥兒製造會“扇動翅膀”的飛機呢?

翅膀撲騰了兩下,整個飛機都散架了


總結

鳥兒的飛行方式跟人類飛機有一些不同,也有一些優勢,比如說可以垂直起降等等。但是人類的飛機因為更大、更重、更快,所以必須要採用固定翼結構,否則飛機連飛都飛不上天了。而垂直起降就交給直升機或者像F-35那樣的新式戰機了,只會在一些非常小的仿生機器人上利用“撲翼結構”。


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