拥有一双翅膀,像鸟儿一样在天空翱翔,是人类几千年的梦想,古人做了无数次的尝试,但是一次次地失败,所以他们把飞翔寄托于神话小说,雷震子的一双翅膀,孙悟空的腾云驾雾,都是古人对飞行极度渴望但又无法实现的一种心灵寄托!
养鸽人也是一样,把自己的飞行梦托付于鸽子,而飞机的产生的灵感来源于鸟类,近百年来飞速发展,人们对飞机的研究已经非常成熟。今天我们反过来,从飞机的设计理念来看鸽子。因为飞机的空气动力原理和鸽子是一样的,我们从飞机的结构来看鸽子的结构。
大家都知道,战斗机比民航客机飞的快,结构也差别很大,载重差别也很大,当然发动机马力也不一样,所以没有可比性。我们只能假设同一条件下的比较,就是同样马力的发动机,同样的载重下,不同的结构不同的机翼的优劣的比较,因为这样才能与鸽子的结构特别是翅膀的形状作比较。从比较中我们可以了解到,鸽子什么样的膀条才更好一些。也就是我们假设同一羽鸽子,不同的翅膀,怎样的翅膀结构才飞的更省力,阻力更小。
我们想知道信鸽什么样的翅膀好,就要首先了解翅膀的用途。显然翅膀是用来飞翔的,也就是翅膀是用来产生升力的,有了升力翅膀才能带着躯体在空中翱翔。翅膀在产生升力的同时也会产生阻力,什么样的翅膀产生的升力多而产生的阻力少,这是我们讨论的重点。
我们先看一下升力的产生:
空气动力的产生所必需的四个条件:第一,要有空气的存在。第二,要有物体和空气的相对运动。第三,要有适合飞行的合适外形。第四,要在一定的姿态下。升力的产生其实很简单,我们就拿典型的翼型(如图2-1)
图 2-1
来说明。气流的能量由两部分组成。一部分是势能,也就是静压;另一部分是动能,也就是动压。气流总压是静压和动压的和。总压总是不变的,根据能量守恒定律,一个压力的增加必然导致另一个压力的减小。当空气流经翼型时,空气分成两股,一股从翼型的上面流过,另一股从翼型的下面流过与上面的气流在翼型尾部汇合,根据伯努利原理,上表面气流速度比下表面气流速度快,上表面的空气的动压大于下表面,由于总压不变,所以下表面的静压大于上表面,因此上下表面产生压力差,这个力就作用在机翼上,升力就是这么产生的。
阻力的产生:
正如牛顿第三定律所说,一个力的存在不是孤立的,总有一个大小相等方向相反的力同时存在。飞机在天上飞也是如此,它是升力、重力、推力和阻力的一个相对平衡。升力的产生我们已经解释过了,推力则是发动机产生的动力,重力我们众所周知是由于地球磁场对物体的吸引所产生的。阻力的产生就有些复杂,阻力分为两大种:零升阻力和诱导阻力。零升阻力也叫废阻,它的最大特点是飞机在无升力时也会受到这样的阻力,零升阻力又主要包括摩擦阻力、压差阻力和干扰阻力。而诱导阻力则是由于升力的产生而存在的一个阻力。阻力分四种:摩擦阻力,压差阻力,干扰阻力,诱导阻力 。
摩擦阻力:
摩擦很好理解,生活中有很多摩擦的例子,我们走路是鞋与地面之间的摩擦,你手中拿一个酒瓶,为什么酒瓶不会从你手中掉到地上呢,因为你的手和酒瓶之间有摩擦。等等,摩擦有好有坏,但是不管是好是坏它都有一个前提,就是相互接触。当相接触的物体相对运动或者有相对运动的趋势时,物体接触面上由于空气的粘性会产生一种阻碍物体相对运动的力,这个力就是摩擦力。
所以,就鸽子而言,大家常说这羽鸽子羽毛很好,很光滑,正是由于羽质很好很光滑,才减小了摩擦阻力。
压差阻力:
“压差阻力”顾名思义就是由于压力的差异而引起的。由于物体形状的原因,物体在空气中移动时,气流在物体的前缘也就是迎风面被分流,由于气体没有及时到达物体后缘也就是背风面,在物体背风面附近产生一个低压区或者真空区,因此物体前面的压力大于物体后面的压力,这个压差产生的力作用在物体上,方向和物体运动方向相反,这就是所谓的压差阻力。
以理推想,迎风面积同样大小的一个正方体和一个球体相比,正方体产生的压差阻力可定比球体大,因为球体后半部的逆压梯度明显小于正方体。依次推想下去,椭圆体产生的压差阻力肯定小于球体。根据需要,人们把椭圆体加以设计,变成一种前端圆钝后端尖细的像水滴或雨点的物体,叫“流线形物体”,简称“流线体”。这种流线体大大减小了物体在空气中运动所产生的压差阻力,飞机翼型就是典型的流线体。
鸽子就是一个流线体,从鸽子正面看,流线性越好,鸽子飞行时阻力越小。
干扰阻力:
实践表明,飞机的各个部件,如机翼、机身、尾翼等,单独放在气流中所产生的阻力的总和并不等于、而是往往小于把它们组成一个整体时所产生的阻力。我们把多出来的这部分阻力叫做“干扰阻力”。干扰阻力是由于飞机各个部件组合在一起后,两个或者多个部件表面气流的边界层相互影响相互干扰而产生的。
鸽子不是飞机,不用铆钉把各个部分组装,但是鸽子各个部分交接点得骨骼是否连接的好就决定了鸽子的好坏,所以鸽子各部分组织过度的好就大大减小了这个阻力。比如翅膀和身体的组合部羽毛是否覆盖的好等等。比如说,鸽子脖子很细,躯干很粗,这样空经过脖子到躯干时受到的阻力很大,不利于飞行,所以,个人认为鸽子脖子粗点好。
诱导阻力:
诱导阻力是我们讨论的主要问题,也是主要几种阻力中占总阻力比例较大(在速度较低时),较为复杂的部分。诱导阻力是机翼在飞行中产生升力时同时存在的一个力,在零升力状态下,这个力是不存在的。可以说这个阻力是为了产生升力而付出的代价,它是机翼产生力的一个分量,所以取名为“诱导阻力”。
简单来说,诱导阻力就是机翼翼尖涡流迫使气流下洗导致升力方向向后倾斜而引起的一个附加阻力,诱导阻力是升力在飞行方向上的一个分量。所以,诱导阻力的大小和升力的大小有直接的关系。影响升力的因素同样影响诱导阻力的大小,它还与飞机机翼的平面形状,翼剖面形状,展弦比有很大关系。
飞机巡航飞行速度下,飞机的诱导阻力约占全机总阻力的百分之三十到百分之四十 ,所里,什么样的翅膀诱导阻力小,什么样的鸽子的就是好的飞行者,下面我们通过飞及设计减小诱导阻力的方法看看鸽子的翅膀。
第一: 增加机翼的展弦比,或者减少后掠角。也就是说,鸽子的翅膀越长,宽度越窄越好。
第二: 选用带弯度的翼型,增大前缘半径,增大相对厚度,或是特殊的翼型。所以,鸽子的主羽和副羽往下扣,加大弯度,这样的膀条好。
第三:采取变弯度措施,比如说前后缘襟翼,前缘涡襟翼,气动弹性剪裁设计。这一条对于鸽子不适用,因为我们不可能给鸽子翅膀的迎风面加装任何东西,但是这一条说明,鸽子翅膀的迎风面越厚越粗壮越好。
第四:加装翼梢减阻装置,比如小翼,帆片,涡流发生器来改善翼尖的气流。这一条很重要,这正是我们常说的鸽子的翅膀排风性。我们看看飞机设计者利用什么装置排风的:图1
图2
图3