昆虫飞行打破传统定律

【英国《新科学家》周刊１１月１８日一期文章】题：打破飞行定律
水平风洞里放着蜻蜓的一只翅膀。它安装在一台装置上，该装置能模拟活蜻蜓飞行时翅膀的运动，每秒钟振翅多达４０次，绕自己的轴旋转，并且根据风向改变轴的角度。
这是川内及其东京大学先进科技研究中心１０名助手组成的研究小组研究课题的核心所在。他的目标是找到翅膀的体积、形状和运动方式之间的联系。
川内指出，重量只有几克的蜂鸟与３５０吨重的波音７４７飞机的飞行原理是一样的。这就是空气动力学提升现象，翼部迫使从其上侧流过的空气比其下侧流过的空气走过的距离远。结果，上侧的空气必须要比下侧的空气速度快，从而产生使翼上升的低压区域。这类翼前缘钝，后缘锐，波音７４７飞机和蜂鸟在这一点上是共同的。
但是在小尺寸级别上却有所不同，因为空气黏滞性大到不可忽视的程度了。空气动力学定律使得物理学家能把在不同液体中和在不同尺寸级别上所进行的实验加以比较。
有一点是可以肯定的：昆虫飞行的空气动力学比蜂鸟或波音７４７飞机飞行的空气动力学要复杂得多。川内和同事们利用风洞、高速摄像机和计算机存储并分析实验结果，将不断振动的蜻蜓翅膀周围的空气流的三维图像拼凑起来。
结果表明，传统的空气动力学定律不足以解释昆虫的飞行。传统的定律是以稳恒态为基础的，而昆虫则是利用我们几乎一无所知的非稳恒态效应飞行的。飞机巨大机翼的数学模型会得出极其精确的结果，有时只有百分之几的误差。然而在昆虫飞行方面，同样的定律有时会产生精度只有３０％的结果。
涡流可能是造成这种差异的主要原因。川内的实验表明，昆虫在飞行期间，一直伴有少量的旋转空气。一种想法是翅膀向下振动时产生了涡流。当翅膀上升经过涡流时，涡流还存在，而涡流中旋转的空气流将翅膀向上吸，产生升力。现在只是不知道这种升力有多大。
川内的工作只是刚刚开始。这项工作有什么意义呢？他解释说，其意义在于将来研制微型装置。将来有一天，工程师们将制造出在空中和在水里（甚至在人体内）移动的小型装置。（刘立伟译）