第24章 漫談生物與仿生(3)(3 / 3)

人類造出第一架飛機之後,又經過一段時間的努力,終於又造出了形形色色的結構緊湊、機型新穎、操縱自如、平穩可靠的現代化飛機。人造飛機速度之快、載重量之大,早已是任何一種飛行動物無法相比的了。在飛行技巧上,人們漸漸地看不起那些最早的“飛行家”,把它們排斥在“航空俱樂部”

之外了。然而,就在飛機發明之後大約三十年,航空技術發展史上出現的一個重大事件,卻重新引起了飛機設計師們對飛行動物的興趣。

早期的飛機,由於航速比較慢,它的結構隻要能夠經受住飛行時的直接氣動力(空氣流動時產生的力),強度就算可以了。但是,到了30年代末、40年代初,飛機的速度達到了每小時500-600公裏,有些強度本來符合要求的飛機,在飛行中竟會莫明其妙地碎成許多塊。經過長時間的研究,人們反複尋找這種慘重事故的原因,終於弄清楚,原來這是由於速度快到一定程度之後,機身上產生的一種有害振動造成的破壞。

自然界中的一切物體,每時每刻都在以人眼覺察不到的幅度振動著。不同物體的這種自然振動,有著不同的振動頻率(每秒鍾振動的次數)。在飛行過程中,由於受到了外力的作用,機身必然要發生新的振動。如果外力反複在那裏起作用,而且作用的頻率又恰好和機身的自然振動頻率一樣,就會發生一種共振現象。就是說,這時機身振動的幅度(振幅)就將一次比一次大,經過一定時間之後,振幅就大到了使機翼、尾翼這些結構脆弱部位折斷的程度。這種破壞性的有害振動,叫做顫振。

想個什麼辦法,可以有效地防止機翼顫振現象的發生呢?

飛機設計師們在探討這個問題時,發現飛行動物們早就有了很好的抗顫振結構。這就是為什麼從來沒有人看到過飛行動物會在飛行過程中突然折斷翅膀的原因所在。如果你仔細觀察一下蜻蜓,就會看到在它的翅膀末端的前緣,長著一小塊顏色和別處明顯不同的的翅痣。

翅痣比周圍稍厚,它就是蟲翅膀的抗顫振結構。人們由此得到啟示,飛機設計師們也采用了同樣簡單的辦法,在副翼和在機翼的前緣加上了一個重物(叫做配重)。加上適當的配重之後,就調整了副翼和機心,顫振就不會發生,機翼顫振現象終於被消滅了。

動物體具有極其精巧的結構,昆蟲翅膀上的翅痣又是一個很好的例子。由於昆蟲和鳥類已經在空中飛行了上億年,經過這漫長歲月的進化,它們身體各部分結構都已十分適應飛行這一習性了。這些動物的許多飛行技巧,也是任何飛機目前還做不到的,比如豎直向上飛升、垂直下降、陡然起飛、掉頭飛行等等。鳥類是撲翼飛行的,直到現在為止,人類還造不出撲翼的飛行器。隨著航空技術和飛機飛行機理的研究,人們對飛行動物的飛行原理也開展了廣泛的研究。飛機設計師們意識到,即使在已經有了形形色色現代化飛機的今天,人類仍然需要借鑒昆蟲和鳥類的飛行機理和它們的身體結構,以求進一步模仿飛行動物的特殊本領,不斷提高飛機的性能,更快地發展航空技術。

在飛行中,昆蟲翅膀的運動是很複雜的。科學家們通過一些精心設計的實驗,發現昆蟲翅膀末端優美而複雜的“8”字形運動,能夠產生驚人的推進效率。昆蟲的神經係統很好地控製著翅膀的運動,連續不斷地改變著翅膀平麵與氣流方向所成的角度,以便使自身保持最佳飛行狀態。神經係統的這種作用,實際上構成了一套極好的控製係統,它的性能要比目前人們造出來的自動駕駛儀好得多。深入地去研究昆蟲飛行控製係統的工作原理,一定會給飛機設計師提供有益的啟示。

人們在仔細研究昆蟲飛行情況的基礎上,按照昆蟲的飛行原理製造了一種小型飛機模型。這種小飛機的機身是用塑料製作的,發動機隻有幾個馬力,用無線電在地麵操縱。它可以運載攝影機、氣象儀等小件儀器升入高空,進行航空攝影和氣象探測等項工作。這種飛機能以極小的速度飛行,也為許多工作提供了便利條件。人們還模仿昆蟲翅膀製作了風車槳葉,使風車在風速很低(風很小)的情況下也能正常工作,而一般的風車必須當風達到一定風速之後才能工作。

青少年朋友們都知道,大多數昆蟲的翅膀都是很薄的。例如,蜻蜓的每個翅膀隻重5毫克,也不是說10000個翅膀才重一兩。

就是這樣單薄的翅膀,卻能滿足快速飛行對它所要求的強度和剛度,每秒鍾可以撲動16-40次,使蜻蜓每小時可飛上50多公裏。因此,弄清昆蟲翅膀的結構原理,對飛機結構的改進一定大有好處。