雨燕翅膀的启示

当著名的美国F-14“雄猫”军用飞机在2006年退役的时候，当时最成功的“可变翼”飞机技术实验也跟着被搁置了下来。这种技术是人们通过观察鸟类飞行而获得的，其设计理念是：在飞行中，飞机根据飞行速度的变化不断地改变机翼的形状，以充分发挥空气动力学优势，达到最佳飞行性能。对当时的机械师来说，如何让飞机的机翼能像鸟扑翼那样改变形状是一个难题。

今天，得益于研究人员对褐雨燕在飞行中不断变化翅膀形状的研究，上述难题或许能够得到解决。

人们观察到，褐雨燕在飞行中很少拍打翅膀，仅仅是利用改变翅膀的几何形状在空中作很长距离的滑行。

雨燕的翅膀又长又薄并且弯曲，在尖端逐渐缩小成一个点，有点像一把镰刀。从结构上来说，这非常类似于人的手臂。雨燕扇动翅膀，就像人运动手臂，胸肌赋予了翅膀运动的力量。

事实上，骨架、羽毛和翼型是雨燕以及所有飞鸟飞行的关键。鸟的主要的飞羽是长在翼尖的骨头上的，而次级飞羽则是长在前肢的骨头上的。雨燕与其他鸟类的不同之处在于，它们的翅膀有相对于身体比例很大的翼尖骨，这就增加了变翼的可操作性——它们可以通过迅速弯转“手腕”来改变“手”和前肢之间的角度，从而改变翅膀的形状和面积。当“手腕”折起后，翅膀扇动的有效面积瞬间就减少了30%。

研究人员发现，当雨燕在飞行中张开“手腕”，伸展翅膀作直线飞行时，使用的能量最少，滑翔的时间也最长、最稳定。这时雨燕的最佳飞行速度大约是每小时30千米，尽管它在伸展翅膀时产生了巨大的拖曳力，但同时也提供了更大的上升力。

而当雨燕要高速飞行时，它们则迅速收起翅膀。有记载的雨燕的最高飞行速度竟然超过每小时100千米。事实证明，把翅膀收起来是节能高速巡航飞行的关键。换句话说，当在较高的速度飞行时，收起翅膀可以减少拖曳力，同时更有效地保持小角度滑行并使之在空中停留的时间最长。

如果说雨燕在低速直线飞行时要张开翅膀，在高速直线飞行时要收起翅膀，才能够具有最佳飞行效率，那么，拐弯飞行时应该怎么做呢？在空战中，战机需要作大量的急转弯，F-14“雄猫”是以张开翅膀来增加其操作性的。张开翅膀也是雨燕在转弯时采用的技巧，它们需要至少每小时30千米的飞行速度。在这个速度上，雨燕用打开翅膀转弯，比用弯曲翅膀尖转弯至少要快一倍。

但是，在较高速度转弯时，张开的翅膀非常容易被气动压力所损坏。而雨燕在高风速的情况下飞翔时，张开的翅膀会自然弯曲并在动荡的空气中稍微扭曲，从而避免了被损坏。所以，当雨燕捕食那些快速飞行和快速转弯的昆虫时，为保持飞行的高速度，它们只需要弯曲一下翅膀尖，就能轻而易举地获取美餐。

现在设计者正在制造一种灵活、轻便像雨燕一样大小的飞机模型，它的机翼能够变形。如果这种模型可以按比例放大的话，那么，战斗机飞行员就可以有一架快速、灵活的飞机了，它可以减慢速度，用张开翅膀来保持固定的高度，并能最大限度地延长在空中飞行的时间。

（选自《大自然探索》2014年第3期，有删节）

赏读

文章通过打比方、列数字等说明方法写出了人类从雨燕的翅膀中获得设计新型战斗机的启示。语言准确科学，深入浅出，是一篇结构严谨的科技说明文。

练习

1.第二段中的黑体词语具体指什么？

" " " " " " " " " " " " " " " " " "

2.第五段画线句子使用了什么说明方法？有什么作用？

" " " " " " " " " " " " " " " " " "

3.第七段画线句子中的“竟然”一词有什么表达效果？

" " " " " " " " " " " " " " " " " "

4.请简述研究人员选择褐雨燕作为研究飞机机翼变形的依据。

" " " " " " " " " " " " " " " " " "

5.文中描述了雨燕的哪几种飞行状态？它们分别有什么可借鉴之处？

" " " " " " " " " " " " " " " " " "