飞行器为何不能像苍蝇一样灵活?小尺寸优势,人类这样做必死无疑

2019-01-24   来源:未知  

人类虽然研发出了成千上万种的飞行器,但本质上说,它们利用的原理只有两种,要么是自重比空气更轻从而借浮力漂浮起来(热气球,飞艇),要么就是利用速度差产生压力差产生升力(各种固定翼和旋翼飞机)。大自然中的昆虫没有固定的翅膀,却也能飞行,甚至更灵活,为什么人类飞行器做不到这样呢?这是因为在苍蝇那样的尺寸下,空气和材料的性质会发生奇妙的变化,所以苍蝇能拥有强大的过载承受能力,而如果人类飞行器做到苍蝇那样的性能,驾驶员必死无疑。

在我们平常看来,空气的性质是稳定的,但是当尺寸缩小到一定程度上之后,空气的物理性质就会发生很惊人的变化。在苍蝇那样的尺寸下,空气的黏度效应会体现得更加明显,这会让人类的空气动力学失效。假设把一个人缩小到这个体积,他会感觉到自己仿佛身处水下,空气的黏度会让他的每一个动作都很费力。

因为黏度相对之下变得大,苍蝇不能利用人类飞行器使用的固定翼飞行,它们使用的是可以扇动的扑翼。苍蝇扇动翅膀的时候,翅膀会绕着基部转动,带动它周围的空气向这个方向运动,扇动方向改变时空气被带动的方向也跟着改变。这样扇动一次之后,空气就会在翅膀外缘后方形成一个旋转方向向上的漩涡,这个漩涡就会对翅膀产生足够的粘滞力,将苍蝇带向空中。

 

和人类飞行器对比,利用这种方法能只消耗很少的能量就产生很大的升力,所以苍蝇飞行时的加速度可以很大。并且不像固定翼那样升力方向无法改变,这种方法可以随意改变产生的升力方向,苍蝇正是借此让自己可以随意改变飞行姿态,做到瞬间的转弯和小角度盘旋。

人类飞行器除了在原理上不如外,还有一个很大的弱点,就是推重比。人类飞行器重量很大,最小也在一两百公斤以上,即使是战斗机,总推重比能达到1以上的都很少,而小型苍蝇体重仅0.04克,翅膀拉力却能达到0.1克以上,推重比近2.5。在这样的动力差距下,苍蝇能做出复杂的机动就不让人意外了。

 

此外还有一个原因,是人体能承受的过载限制。其实人们能造出比现有战机机动性更强大的飞机,但是因为人体能承受的最高持续过载只有9G,所以战斗机的过载限制也只能有9G,即使机体可以承受更高的过载。苍蝇体重轻,比强度大,能承受高得多的过载。假设一种飞机能做到苍蝇那样的灵活程度,那敢于登上它的任何人都会被机动产生的过载杀死

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