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四种飞行方式:扑翼、滑翔、翱翔与悬停各有各的翼

同一片天空里,燕子在连续拍翅,鹰在画圈而不拍翅,红隼悬在半空原地扇翅。三种画面背后是四套飞行方式。判断的起点只有两条:翅膀停不停,停下来之后高度掉不掉,两条对上,方式就定了。

扑翼靠每秒十几次的拍动同时产生升力与推力

扑翼是最常见的方式。下拍时翼面迎角大,产生升力与向前的推力;上拍时翼收折、羽毛略微分开,让空气从缝隙漏过,减少阻力。小型雀形目每秒拍动约 10 次,频率随体型增大而下降,雁类只有几次。

翼形决定拍动频率。翼短而圆、翼载高的鸟拍得快,转弯半径小,适合在林间穿行;翼长而尖的鸟拍得慢,滑翔性能好,适合在开阔地长途飞行。同一片林子的边缘与内部,鸟的翼形就不一样。

滑翔不拍翅,用高度换前进距离

滑翔时翅膀固定,靠重力沿斜面向下的分量前进。衡量指标是滑翔比,即前进距离与下降高度之比。滑翔比越高,同样的高度能飞得越远,海鸟在这一项上最强,林鸟的滑翔比通常只有个位数。

信天翁能在海面上长时间不拍翅,靠的是风速随高度变化形成的梯度,在逆风爬升与顺风下滑之间反复取能,这种方式称为动态滑翔,与单纯下滑不同,风越稳定越省力,无风时它只能落水等待。

翱翔要借上升气流,翅膀宽大、翼载低

翱翔分两类:热气流翱翔与坡面气流翱翔。前者在陆地上升热柱里盘旋,后者沿海岸或山脊的迎风坡前进。两者都不拍翅,靠上升空气补偿下沉,气流一断就要改回扑翼,否则高度掉得很快。

翱翔的鸟翼宽大、翼载低,翼尖的初级飞羽分开成指状,减少诱导阻力。观察时看盘旋直径与高度变化:缓慢上升、直径数十米的大圈,多半是在热柱里;贴着山脊平移的,是坡面气流,方向随山势改变。

悬停是第四套,只有少数鸟能长时间维持

蜂鸟悬停时翼尖画 8 字,上拍与下拍都产生升力,身体保持竖直,每秒拍翅 50 次以上。红隼不走这条路,它迎风定住,靠连续拍翅与细微调整把头稳定在一点,头的位置几乎不动,身体却在晃。

悬停的代价极高,单位时间能耗是停歇时的数倍。蜂鸟在夜间与食物短缺时进入蛰伏,体温与代谢率一起下降,把一夜的消耗压到最低,天亮前再花一段时间恢复体温,恢复期间几乎不能飞。

关键数据

四种方式的差别可以量化,下面的数字给的是量级。不同来源的测值有出入,用来说明差距足够,不必当成精确常数,同一只鸟在不同风速下的表现也会偏离这些数字,比较时看数量级就够。

  • 小型雀形目扑翼频率约每秒 10 次。
  • 蜂鸟悬停时每秒拍翅 50 次以上。
  • 漂泊信天翁的翼展可达 3 米以上。
  • 信天翁的滑翔比可达 20:1 以上。
  • 游隼俯冲速度可超过每小时 300 公里。
  • 翱翔鸟的翼尖常分成 4–6 枚指状羽毛。
  • 蜂鸟悬停时心率可达每分钟 500 次以上。

边界

一种鸟往往掌握几套方式。鸽子扑翼与滑翔交替,雨燕能连续飞行数月不落地,却在起飞时需要从高处坠落。把某只鸟归入一种方式,只在当下那一刻成立,换一个高度或风速,方式就变了。

风会改写判断。逆风时滑翔比下降,鸟改为扑翼;上升气流强时,连平时拍翅的鸟也会盘旋上升。求偶飞行与驱敌飞行的姿态与常规飞行差别很大,不能当作出行方式,记录时要注明当时的情境。

参考文献

  • Gill F B. Ornithology. 3rd ed. W. H. Freeman, 2007. —— 飞行力学与翼形。
  • Lovette I J, Fitzpatrick J W. Handbook of Bird Biology. 3rd ed. Wiley, 2016. —— 翱翔与悬停的能耗。
  • 郑光美 主编.《鸟类学》(第 2 版). 北京师范大学出版社, 2012. —— 飞行方式与翼载。
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文章名称:四种飞行方式:扑翼、滑翔、翱翔与悬停各有各的翼
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