人类眼中的祸患,鸟类眼中的“得力助手”

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对人类而言,湍流是危险与不适,而对鸟类来说,它是飞行加速器。

许多航空旅客害怕湍流。湍流引发的轻微空气扰动会使飞机颠簸,让胆小的旅客神经紧绷。然而,人类眼中的祸患,却是鸟类眼中的“得力助手”。phys.org网站当地时间6月15日报道,美国康奈尔大学领导的团队发现,鸟类对湍流毫不介怀:研究人员通过分析风速数据与金雕的GPS信息发现,湍流不仅不会阻碍鸟类飞行,反而是它们的能量来源。这一有违直觉的发现可能会改变人类对鸟类飞行模式的认识,并助力航空工业找到湍流环境中更快、更有效的飞行方式。相关研究成果刊登在《美国国家科学院院刊》中。

团队负责人、助理教授Gregory Bewley说:“在地面上看来,鸟类的飞行姿态轻松而优雅。实际上,它们是高超的气流操纵大师。”

在实验中,Bewley团队与全球保护科学(CSG)和蜂窝追踪技术(CTT)公司展开了合作。研究人员在阿拉巴马州捕获了一只雌性金雕,为它安装了带有加速度计的太阳能GPS遥测装置,然后将其放归自然。在17天内,这只金雕沿着阿拉巴契亚山脉向北飞到了加拿大。GPS装置通过手机网络传回了超过200小时的数据,包括位置坐标、高度、地面速度和三轴加速度。随后,研究人员又从国家环境预测中心的气象历史数据库中获取了风速数据,并将其与金雕的飞行数据进行匹配。比对结果表明,金雕的加速度显示出“非常不规则的波动模式”,这与湍流中粒子的典型模式非常相似。在0.5~10秒内,金雕会完成1~25次振翅,其加速度与大气湍流是完全同步的。

这种加速作用有多强?举例来说,人们乘坐汽车或商业航班的加速度大约为0.1g。与之相比,鸟类的加速度超过1g——这样强大的加速度足以将乘客抛离座位。为了增强飞行舒适性,航空工程师们会尽最大努力减少飞行颠簸。但Bewley认为,湍流的能量有望为无人运输机和小型侦察机增色。

Bewley说:“如果我们让每个湍流都能以正确的方式推动飞行器,那么飞行器消耗的能量将更少,飞行时间也将大大缩短。我们仍在努力了解湍流。在湍流能量的利用方面,很多野生动物都是人类的导师。”

编译:德克斯特 审稿:西莫 责编:陈之涵

期刊来源:《美国国家科学院院刊》

期刊编号:0027-8424

原文链接:https://phys.org/news/2021-06-bumpy-turbulence-boost-birds.html

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来源:科技工作者

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