天下武功,唯快不破。
地球上最快的速度高手是谁?空中子弹 – 游隼当之无愧。
速度高手同台 ,飞人博尔特速度:12m/s,猎豹速度:30m/s(110km/h),游隼速度:108m/s(389km/h) 。猎豹比飞人快3倍 ,游隼比猎豹快3倍还多。自然界最快速度跟机械动力比起来也毫不逊色,游隼快过高铁时速,快过了波音747的起飞速度(300km/h)。
游隼有双敏锐的眼睛 ,能看到1公里以外的猎物,它的视力比你好8倍 。当翱翔在高空的游隼发现低空中的猎物时,会居高临下地俯冲出击。它先扇动翅膀加速 ,并且不断旋转身体寻找最好的进攻角度。调整好身体姿态后,游隼弓背并腿,收起翅膀 ,缩拢尾巴,变成一枚炮弹,从空中俯冲直下,砸向猎物 。在接近猎物的瞬间伸出利爪 ,划破猎物的肚皮。俯冲的游隼就像从高空中射出的一把尖刀,猎物一旦被尖刀扎中,当场毙命。
游隼的整个身体 ,都为高速高压打造 。它极速俯冲时所受到的气流冲击,会让大部分的动物都无法睁开眼睛,也无法呼吸。游隼眼睛里多了一层眼睑 ,叫瞬膜,保护高速飞行时睁开的眼睛不受伤。鼻孔里多了一块锥体骨,缓解气流冲击 ,保证高速飞行时呼吸的通畅 。当它砸向猎物时,冲击力高达25倍重力加速度。相比之下,优秀的F16战斗机飞行员能承受的最高重力加速度只能达到12倍。
上图是游隼俯冲时的4级阶段 ,开始出发,炮弹型加速,M型调节方向,最终攻击。从展翼旋转 ,收缩加速,微开翅膀调节方向,到最后的踢腿出击 ,游隼变换了4种身姿,最快速度出现在游隼身体收缩成炮弹型的第2阶段 。
炮弹型的身姿在俯冲时受到的空气阻力,还有环绕身体的空气气流对身体的影响会是什么样?
德国弗莱贝格工业大学 ,力学和流体力学研究所团队,做了聚氯乙烯的游隼模型,在风洞中进行测试。模型大小重量形状跟真实游隼的炮弹型身姿一样 ,表面抹上厚厚一层石蜡油,当风洞中的气流流过模型表面时,会划出一道道的线条 ,记录下风的痕迹。
上图是穿越风洞的模型,游隼模型以最大速度80km/h经过风洞 。历经风洞后,可以清楚看到空气气流流过模型身体的踪迹。模型头部划出平行的匀称流线,接着有一块明亮的白色区域 ,在图中数字1处,说明此处的石蜡油有所堆积。接着气流继续汇集平行流线,在翅膀的区域2处 ,有黑色区域,说明这里局部的速度最高 。当气流来到区域3处时,又出现白色的石蜡油堆积。区域2和3之间 ,流线排列相当整齐。
高速的气流并不是从头到尾均匀地流过身体,石蜡油堆积的区域发生了气流分离现象 。也就是说,在1、3部位 ,气流的方向跟顺势而下的主气流方向不一样,逆向气流把石蜡油反方向推离模型表面,堆积起来。
飞行中出现气流分离可不是好现象 ,航空史上,气流分离会让飞机发生失速,这是导致飞机失事的主要原因之一。
俯冲的实时记录
模型的风洞实验解不开气流分离的难题,德国工程师团队干脆饲养了一批游隼 ,实时观察它们的飞行 。团队训练游隼在60米高的水坝前俯冲,岸边架起高速摄像机,以坝体为背景 ,能够清晰捕捉到游隼的身姿。
60米的高度不能让游隼加速到最高速度,水坝前的游隼最高速度是22.5m/s (81km/h)。团队根据游隼的实际飞行速度和角度(此时的迎角为5?),计算了空气阻力 ,再次在风洞进行模型模拟测试。测试结果跟之前一样,模型身体的相同部位依然留下了气流分离导致的石蜡油堆积 。
此时,摄像机捕捉到的细节揭开了真相 ,现实俯冲中,游隼跟模型有一小点儿不一样的地方。在游隼加速时,背脊处会竖起一小撮毛 ,而此处正是产生气流分离的地方。
上图是风洞模型和实际身姿的对比,红色箭头所指之处就是游隼竖起的几根羽毛 。正常情况下,炮弹型身姿的游隼全身羽毛服帖地紧靠身体,保持平滑的流线型弧度。当它俯冲冲刺时 ,在合适的时间合适的位置,弹出几根羽毛,破解了局部的气流分离。
游隼在实战中捕捉变幻的气流 ,调节身姿融入其中 。高手出招,在准不在狠。游隼四两拨千斤,一根羽毛就化解了气流分离的困境 ,加速无极限。
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本文概览:天下武功,唯快不破。地球上最快的速度高手是谁?空中子弹 – 游隼当之无愧。速度高手同台,飞人博尔特速度:12m/s,猎豹速度:30m/s(110km/h),游隼速度:108m/...
文章不错《游隼为什么可以飞那么快-》内容很有帮助