昆虫飞行的谜团，蜜蜂为什么不遵守空气动力学

昆虫独特的飞行能力让科学家们惊叹不已。根据传统空气动力学原理，蜜蜂根本无法飞上天。昆虫飞行是 20 世纪的一大谜团。最近，人们终于发现了飞行轨迹中的一些谜团——

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在空气动力学初期，科学家们注意到昆虫的飞行方式有点奇怪。早期的研究表明，昆虫通过快速拍动翅膀来飞行，但这种力量太小了。根据它们的重量与飞行功率的比例，科学家们不可能制造出人类飞行器。

1934 年，科学家 Antoine Marnelai 和 André Sanchez Gu 对蜜蜂的飞行进行了研究。他们应用数学分析和已知的飞行原理来计算蜜蜂的飞行，并得出结论，从理论上讲，“蜜蜂飞行是不可能的”。此后，蜜蜂成为不遵守空气动力学原理的典型例子。

科学家给出这个定义的原因是他们无法制造出可以闪光的飞机。人类产生30万倍的呼吸效率是不可想象的。

追溯昆虫翅膀的起源

昆虫飞行的起源可以追溯到至少3.5亿年前的古生代，当时地球还是沼泽。沼泽也是昆虫的理想天堂。因此，当时的地球上到处都是昆虫，但它们都没有翅膀。他们当时并不需要这么麻烦的事情。堪萨斯大学世界著名昆虫学家马修·道格拉斯的研究证明，当时的昆虫只附有翅膀，是长在昆虫胸腔上的小翅膀状突起，也称为垂饰。它们的作用是吸收太阳的热量，当温度下降时，可以使昆虫的体温升高。

在古生代出现戏剧性的一幕：两栖爬行动物开始大量登陆，都以昆虫为食。这样一来，昆虫除了蜘蛛和蝎子的天敌之外，还有第三类死敌。起初，昆虫通过跳跃躲避两栖动物的攻击。好在虫子胸前的悬垂物可以让它们腾空而起，虽然距离很短，但足以让它们从死里逃生。

符合优胜劣汰的进化规律，幸存昆虫的附着翅膀逐渐开始发育，逐渐形成翅膀的雏形。昆虫学家推测，一些昆虫在拼命跳跃求生时，会拍打它们那小小的翼状吊坠，以便它们能滑得更远。最终，这些悬垂的物体发展成美丽的展开的翅膀。昆虫用胸部强大的肌肉拍打翅膀，这样它们就可以飞得很远，使食肉动物遥不可及。

令人难以置信的旋风

波音747不会像昆虫一样扇动翅膀，但它会飞。这是因为它使用了350吨的爆炸能量，并且在机翼外形设计上下足了功夫，实现了巨大的上升动力。如果一架飞机像鸟或昆虫一样扇动它的翅膀，就会在它周围产生一个空气涡流，导致它失速和坠落。

对于只有0.056克的白蝴蝶，它的飞行方式无法用这个定理来解释。如果用流体力学来解释，也会得出“虫子会掉下来”的结论。

直到 1998 年，剑桥大学，英国教授理查德亨廷顿明确指出，飞机和昆虫的飞行方式不同。秘密在于神奇的旋风。

空气是什么？空气并没有你想象的那么冷漠，但它既有体积又有质量，而且还是有一定粘性的东西。例如，乘坐过山车时，由于风压，整个身体都会向后倾斜。白蝴蝶的重量很轻，起飞的时候，能量会一下子消耗殆尽。然后它用它的肌肉来搅动粘性空气，使其翅膀周围的空气产生一个漩涡，并在产生的反作用力下，盘旋和上升的空气力使它具有上升和飞行的能力。当翅膀从上到下拍动时，身体就浮了起来，当翅膀抬起时，它们开始向前飞翔。这种情况和原因与人类的进步非常相似。

为了更详细地揭示蜜蜂等昆虫的飞行奥秘，亨廷顿教授的团队花了近一年时间，制作了一只稍大的机械天鹅，其翅膀由微型电池供电。 , 煽动的力量和角度与真正的天鹅基本相同。研究人员把它放在风洞里，然后用超高速相机拍摄了它飞行时翅膀表面烟雾运动的三维照片。一些不为人知的细节让大家眼前一亮——当E、蜜蜂等昆虫起飞时，它们的翅膀前缘会产生一个尖锐的螺旋气团，正是这种气团给了它们额外的升力。

仔细观看3D图像后，研究人员发现，当昆虫向下振动翅膀时，气流上升到翅膀上方，并在翅膀的前缘形成一系列圆柱形气旋。这个旋风是一个锥形螺旋。机翼底部的螺旋非常小，当它到达尖端时螺旋变得更大。

整个气旋与机翼前缘齐平，靠近前缘。从根部到翼尖，这道气旋的力量逐渐减弱消失，取而代之的是另一个新造的气旋。旋风向机翼顶端移动，然后延伸到昆虫尾部，循环往复，使两翼振动产生的旋风形成一个环。昆虫每次扇动翅膀，都会在翅膀的前缘形成一个旋风，然后冲出旋风。此时，它的机翼被气团包裹，但机翼下一次振动所形成的旋风，再次为其提供了升空的动力。

文章来源：《昆虫学报》 网址: http://www.kcxbzz.cn/zonghexinwen/2021/0905/953.html