雨燕翅膀的啟示

當著名的美國F-14“雄貓”軍用飛機在2006年退役的時候，當時最成功的“可變翼”飛機技術實驗也跟著被擱置了下來。這種技術是人們通過觀察鳥類飛行而獲得的，其設計理念是：在飛行中，飛機根據飛行速度的變化不斷地改變機翼的形狀，以充分發揮空氣動力學優勢，達到最佳飛行性能。對當時的機械師來說，如何讓飛機的機翼能像鳥撲翼那樣改變形狀是一個難題。

今天，得益于研究人員對褐雨燕在飛行中不斷變化翅膀形狀的研究，上述難題或許能夠得到解決。

人們觀察到，褐雨燕在飛行中很少拍打翅膀，僅僅是利用改變翅膀的幾何形狀在空中作很長距離的滑行。

雨燕的翅膀又長又薄并且彎曲，在尖端逐漸縮小成一個點，有點像一把鐮刀。從結構上來說，這非常類似于人的手臂。雨燕扇動翅膀，就像人運動手臂，胸肌賦予了翅膀運動的力量。

事實上，骨架、羽毛和翼型是雨燕以及所有飛鳥飛行的關鍵。鳥的主要的飛羽是長在翼尖的骨頭上的，而次級飛羽則是長在前肢的骨頭上的。雨燕與其他鳥類的不同之處在于，它們的翅膀有相對于身體比例很大的翼尖骨，這就增加了變翼的可操作性——它們可以通過迅速彎轉“手腕”來改變“手”和前肢之間的角度，從而改變翅膀的形狀和面積。當“手腕”折起后，翅膀扇動的有效面積瞬間就減少了30%。

研究人員發現，當雨燕在飛行中張開“手腕”，伸展翅膀作直線飛行時，使用的能量最少，滑翔的時間也最長、最穩定。這時雨燕的最佳飛行速度大約是每小時30千米，盡管它在伸展翅膀時產生了巨大的拖曳力，但同時也提供了更大的上升力。

而當雨燕要高速飛行時，它們則迅速收起翅膀。有記載的雨燕的最高飛行速度竟然超過每小時100千米。事實證明，把翅膀收起來是節能高速巡航飛行的關鍵。換句話說，當在較高的速度飛行時，收起翅膀可以減少拖曳力，同時更有效地保持小角度滑行并使之在空中停留的時間最長。

如果說雨燕在低速直線飛行時要張開翅膀，在高速直線飛行時要收起翅膀，才能夠具有最佳飛行效率，那么，拐彎飛行時應該怎么做呢？在空戰中，戰機需要作大量的急轉彎，F-14“雄貓”是以張開翅膀來增加其操作性的。張開翅膀也是雨燕在轉彎時采用的技巧，它們需要至少每小時30千米的飛行速度。在這個速度上，雨燕用打開翅膀轉彎，比用彎曲翅膀尖轉彎至少要快一倍。

但是，在較高速度轉彎時，張開的翅膀非常容易被氣動壓力所損壞。而雨燕在高風速的情況下飛翔時，張開的翅膀會自然彎曲并在動蕩的空氣中稍微扭曲，從而避免了被損壞。所以，當雨燕捕食那些快速飛行和快速轉彎的昆蟲時，為保持飛行的高速度，它們只需要彎曲一下翅膀尖，就能輕而易舉地獲取美餐。

現在設計者正在制造一種靈活、輕便像雨燕一樣大小的飛機模型，它的機翼能夠變形。如果這種模型可以按比例放大的話，那么，戰斗機飛行員就可以有一架快速、靈活的飛機了，它可以減慢速度，用張開翅膀來保持固定的高度，并能最大限度地延長在空中飛行的時間。

（選自《大自然探索》2014年第3期，有刪節）

賞讀

文章通過打比方、列數字等說明方法寫出了人類從雨燕的翅膀中獲得設計新型戰斗機的啟示。語言準確科學，深入淺出，是一篇結構嚴謹的科技說明文。

練習

1.第二段中的黑體詞語具體指什么？

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2.第五段畫線句子使用了什么說明方法？有什么作用？

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3.第七段畫線句子中的“竟然”一詞有什么表達效果？

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4.請簡述研究人員選擇褐雨燕作為研究飛機機翼變形的依據。

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5.文中描述了雨燕的哪幾種飛行狀態？它們分別有什么可借鑒之處？

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