鳥兒，人類的飛行老師

“海闊憑魚躍，天高任鳥飛”。自從地球出現生命的那一刻起，動物們就在惡劣復雜的環境中生存和發展。在艱難漫長的進化過程中，它們的形體和器官漸漸適應了大自然的變化，具備了獨特的求生本領。

仿生學的歷史，就是人類向動物求教的歷史。飛機從其誕生到廣泛應用，就是人類不斷向鳥兒學習的過程。

千年飛翔夢

自古以來，人類就夢想著有朝一日能飛上藍天。看著鳥兒在白云間自由地翱翔，祖先們是多么地向往！古希臘神話中有一個動人的故事，一個名叫伊卡爾的勇敢少年，裝上一對蠟做的翅膀飛上了藍天。他越飛越高，結果太陽的熱力把蠟烤融了，少年不幸掉進了愛琴海。

2300多年前，我國春秋時期著名的學者墨子，帶著一群徒弟，花了三年的時間研究鳥類飛行，結果造出了一只會飛的木鳥。木鳥飛啊飛啊，在空中盤旋了一整天。同時代的能工巧匠魯班，也曾用竹子做成一只竹鳥，試飛時竟飛了三天三夜。

相傳我國漢朝有一個勇敢的“插翼人”，為了深入敵營進行偵察，曾在身上裝上一對大鳥的翅膀，頭上和身上插上大鳥的羽毛，結果他在空中滑翔了幾百米遠。據史書記載，當時的科學家張衡曾制作出一只很精致的木鳥，木鳥的身上有羽毛，鳥肚子有機關，能飛好幾里路。

在國外，2000多年前的希臘人阿奇太發明過機械鴿子。15世紀時，德國人米勒制造出“鐵蒼蠅”和“機械鷹”，也都飛上了天。

歷史上有確切記載的第一個仿鳥飛行機模型，是15世紀意大利畫家和工程師達·芬奇設計出來的。他對鳥類、蝙蝠的飛行進行了長時間的觀察，設計出一架撲翼機，靠人用腳蹬的方式來撲動雙翼飛行。不過，這個設計當時只停留在圖紙上，并沒有施工，后來證明也是行不通的。

17世紀中期，法國有個名叫居尼埃的鎖匠，制造了一個飛行十字架。他在肩上放著兩根桿子，桿子頭上各裝上一對長方形的活動翼，桿頭向上擺動時，活動翼收攏，向下擺動時，活動翼展開。居尼埃奮力擺動兩根桿子，企圖升上天，結果還是失敗了。

鳥有翅膀能飛，人插上翅膀為什么飛不起來呢？

經過長期研究，人們終于了解到，鳥類能飛，不光是因為有翅膀，還在于它們的身體結構適應了飛行的需要。鳥類的身體是流線型的，骨頭很輕，飛行阻力小，它的胸肌約占其體重的三分之一，是天然的發動機。鳥類還有特別發達的大片胸骨，用來附著胸肌并作為翅膀的基座。

與鳥相比，顯然人的體形不是流線型，骨胳很重，肌肉又分散在全身各處，臂肌和胸肌并不特別發達。如果一個人想憑自身的力量飛行，至少需要15千克重的胸肌和臂肌，同時胸骨也要向外突出1米才行。即便如此，人體“肌肉發動機”的功率，也僅僅相當于鳥類的十分之一到四分之一，差得太遠了。

要像鳥兒那樣自由地飛翔，人類只有借助于機械動力的飛行器。

向鳥兒學習

公元1800年，英國科學家、空氣動力學的創始人之一凱利，模仿山鷸的紡錘形，找到阻力小的流線型結構。凱利還模仿鳥翅設計了一種機翼曲線，與現代飛機機翼面曲線幾乎完全相同，對航空技術的誕生起了很大的促進作用。

同一時期，法國生理學家馬雷，對鳥的飛行進行了仔細的研究，他的著作《動物的機器》一書中，介紹了鳥類的體重與翅膀面積的關系。

德國人亥姆霍茲也從研究飛行動物中，發現飛行動物的體重與身體的線度的立方成正比。亥姆霍茲的研究指出了飛行物體身體大小的局限。

大約100多年以前，美國有倆兄弟立志要發明載人的飛行器，他們是威爾伯·萊特和奧維爾·萊特。兄弟倆經常到郊外去，連續幾小時仰臥在地上，仔細觀察老鷹的升降和盤旋。在家里，他們就一起閱讀有關飛行的書籍。

在這些書籍中，法國生理學家馬雷寫的《動物的機器》，成了萊特兄弟的經典，英國科學家凱利的理論對兄弟倆也很有啟發。

萊特兄弟經常因鉆研這些飛行理論而廢寢忘餐。當時，歐美已有少數人在致力于飛行器的制造，但都沒有成功。萊特兄弟汲取前人的失敗教訓，運用仿生的原理，用帆布、輕質木材和一臺12千瓦的汽油內燃機，制成了一架簡陋的螺旋槳飛機。兄弟倆把它命名為“飛行者一號”。

1903年12月17日上午10時35分，弟弟奧維爾駕駛“飛行者一號”，在哥哥威爾伯和親友的歡呼聲中起飛了。在馬達的轟鳴聲中，“飛行者一號”飛行了40米，在空中逗留了12秒。

這是多么值得紀念的12秒——它宣告了人類歷史上第一次載人飛行獲得了成功。人類在天空飛翔的夢想終于實現了！

“飛行者一號”的上天，是仿生學的巨大成功。一個多世紀過去了，當今天的人們乘坐飛機遨游藍天的時候，不會忘記那些追夢的先驅們者們，當然，也不會忘記我們的啟蒙老師——飛鳥。

永遠的老師

今天的航空設計和制造領域，雖然采用了大量先進的計算機輔助設計手段，但人類還是離不開鳥類給我們的幫助。這些在大自然中經過無數次嘗試與檢驗洗禮的“設計”，仍是激發我們創意的巨大源泉。

機翼表面與海鳥——海鳥可以通過喙部察覺出空氣中的陣風荷載量，并通過調節翅膀的形狀抑制升力。運用此原理，新型的空客A350-XWB通過安裝在機頭的探測器，可以檢測風力并利用其可移動的機翼表面提高飛行效率。此設計可以進一步節能減排。

翼尖小翼與鷹隼——飛機在飛行中由于上下壓差的不同，翼尖附近機翼下表面空氣會繞流到上表面，形成翼尖渦，致使翼尖附近區域機翼上下表面的壓差降低，從而導致這一區域產生的升力降低。這是產生誘導阻力的根源。人們通過長期觀察自然界大型鳥類，比如鷹和隼，發現它們在飛行中展開翅膀向上偏折翅尖羽毛以減小阻力，從而實現遠距離滑翔。受此啟發，有專家提出在翼尖加裝短板來減小誘導阻力。后來，設計師們不斷研究，發明了翼尖小翼，并將其安裝在運輸飛機上，以減小飛機的阻力。

列陣飛行與大雁——在自然界中，大雁遷徙時會列陣集體飛行以節省能量并增加飛行距離。列陣飛行時，領頭雁的翅膀會產生漩渦狀氣流，其后的雁就會因此得到額外的升力，也就是說會省力。機翼也可以有同樣的效果，稱之為“尾渦”。軍用飛機經常采用大雁列陣飛行的方式減少能耗。目前，客運噴氣式飛機出于安全考慮，還沒有使用這種方法。

氣動噪聲與貓頭鷹——經歷了2000萬年的進化，如今，貓頭鷹已擁有鋸齒狀的翅羽以及絨毛狀的腿部羽毛。這可以幫助它們最大限度地減少氣動噪聲。盡管相比于40年前的飛機，現代飛機的噪聲已經降低了75%，空客工程師仍希望通過進一步的研究，揭示貓頭鷹靜音飛翔的奧秘。新的創意包括：模仿貓頭鷹羽毛后緣的可伸縮式刷子邊緣，以及天鵝絨般的起落架涂層。