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游隼是什么动物(飞得最快的游隼)

游隼(学名:Falco peregrinus)是中型猛禽,共有18个亚种。体长41~50厘米。翅长而尖,眼周黄色,颊有一粗著的垂直向下的黑色髭纹,头至后颈灰黑色,其余上体蓝灰色,尾具数条黑色横带。

在感情方面,与水稚、大紫胸鹦鹉等随意选择伴侣不同,游隼是非常专一的鸟类,一般情况下都为“一夫一妻”制,除非其中一方不幸遇难,否则一般都终生相随。

结为夫妻的游隼,自然肩负着传宗接代的使命。游隼“夫妻”不但会像之前介绍的红隼一样占据其他鸟类废弃的鸟巢,也会自己筑巢。筑巢时,亲鸟会一起协作在树洞、悬崖石缝中用枯枝、草茎、草叶和羽毛筑巢。

当然,作为恩爱夫妻,面对雏鸟时,它们也绝不会将责任推卸给其中一方,而是选择共同抚育雏鸟。

不过最让人咋舌的,还是游隼的速度。如果说要评选猛禽中的“战斗机”,游隼绝对是当中最强大的,而且没有之一。

地球上最快的速度高手是谁?空中子弹 – 游隼当之无愧。

速度高手同台,飞人博尔特速度:12m/s,猎豹速度:30m/s(110km/h),游隼速度:108m/s(389km/h)。猎豹比飞人快3倍,游隼比猎豹快3倍还多。自然界最快速度跟机械动力比起来也毫不逊色,游隼快过高铁时速,快过了波音747的起飞速度(300km/h)。

看清图中的鸭子为什么会翻倒在地吗?鸭子被飞速掠过的游隼击毙,游隼的速度快到你的眼睛无法捕捉。

攻击鸭子的游隼个头不大,跟乌鸦差不多,体重只有1斤。就这样一只小鸟,击毙了比它大个的鸭子,收获大块鸭肉做晚餐。游隼是食肉猛禽,不抓老鼠不捉蛇,专门追捕其他鸟类做食物,速度是它所向披靡的利刃。

游隼有双敏锐的眼睛,能看到1公里以外的猎物,它的视力比你好8倍。当翱翔在高空的游隼发现低空中的猎物时,会居高临下地俯冲出击。它先扇动翅膀加速,并且不断旋转身体寻找最好的进攻角度。调整好身体姿态后,游隼弓背并腿,收起翅膀,缩拢尾巴,变成一枚炮弹,从空中俯冲直下,砸向猎物。在接近猎物的瞬间伸出利爪,划破猎物的肚皮。俯冲的游隼就像从高空中射出的一把尖刀,猎物一旦被尖刀扎中,当场毙命。

现在把上图的速度调慢6倍,可以看清游隼给了鸭子致命一击。

游隼的整个身体,都为高速高压打造。它极速俯冲时所受到的气流冲击,会让大部分的动物都无法睁开眼睛,也无法呼吸。游隼眼睛里多了一层眼睑,叫瞬膜,保护高速飞行时睁开的眼睛不受伤。鼻孔里多了一块锥体骨,缓解气流冲击,保证高速飞行时呼吸的通畅。当它砸向猎物时,冲击力高达25倍重力加速度。相比之下,优秀的F16战斗机飞行员能承受的最高重力加速度只能达到12倍。[头条-法兰西is培根-未经授权请勿转载其他平台]

高速冲刺的身体

上图是游隼俯冲时的4级阶段,开始出发,炮弹型加速,M型调节方向,最终攻击。从展翼旋转,收缩加速,微开翅膀调节方向,到最后的踢腿出击,游隼变换了4种身姿,最快速度出现在游隼身体收缩成炮弹型的第2阶段。

炮弹型的身姿在俯冲时受到的空气阻力,还有环绕身体的空气气流对身体的影响会是什么样?

德国弗莱贝格工业大学,力学和流体力学研究所团队,做了聚氯乙烯的游隼模型,在风洞中进行测试。模型大小重量形状跟真实游隼的炮弹型身姿一样,表面抹上厚厚一层石蜡油,当风洞中的气流流过模型表面时,会划出一道道的线条,记录下风的痕迹。

上图是穿越风洞的模型,游隼模型以最大速度80km/h经过风洞。历经风洞后,可以清楚看到空气气流流过模型身体的踪迹。模型头部划出平行的匀称流线,接着有一块明亮的白色区域,在图中数字1处,说明此处的石蜡油有所堆积。接着气流继续汇集平行流线,在翅膀的区域2处,有黑色区域,说明这里局部的速度最高。当气流来到区域3处时,又出现白色的石蜡油堆积。区域2和3之间,流线排列相当整齐。

高速的气流并不是从头到尾均匀地流过身体,石蜡油堆积的区域发生了气流分离现象。也就是说,在1、3部位,气流的方向跟顺势而下的主气流方向不一样,逆向气流把石蜡油反方向推离模型表面,堆积起来。

飞行中出现气流分离可不是好现象,航空史上,气流分离会让飞机发生失速,这是导致飞机失事的主要原因之一。接下来以机翼举例,简单介绍一下飞行中的气流分离。

飞机的气流分离

飞机机翼跟鸟儿翅膀一样,侧面呈弧形弯曲。水平气流流过机翼时,上表面的气流流线密集,速度快,压强低,相比之下,翼底的气流流线稀疏,速度慢,压强高。上下气流流经机翼后汇集,压力差产生了飞机的升力。

空气流过机翼时,并不能始终贴着表面流动。当迎面而来的气流方向跟飞行方向的夹角(也叫机翼迎风的迎角,或攻角)变大时,靠近机翼翼面的气流流速变慢,此时前方的气流持续流过来,先前的减速气流成了阻碍,让后来的气流没法贴着机翼表面流动,主气流抬高,绕过表面流动,机翼表面形成一段跟主流方向逆向的回流区。

上图是气流分离示意图,如果气流分离开始的地点靠近机翼后缘,气流分离比较弱。如果分离点靠近机翼前缘,气流分离则很强。图中可以看到:迎角越大,越容易产生强气流分离时。当机翼表面的气流迅速分离,上表面气流流速骤减,机翼失去升力,产生失速现象。失速本质是机翼上表面的气流流速不足,而不是飞机的速度不足。失速时飞机失去升力,会急剧下降,发生摔机。

2009年6月法航447号班机坠落大西洋,机上228名人员全部罹难。坠机正是因为失速导致,当时飞机遭遇暴风,空速管冻结,飞行脱离了自动驾驶模式。当机组人员手动接管飞机时,拉杆爬升,导致飞机迎角过大,机翼出现强气流分离,引起了失速。而机组人员忽略了失速警报,没有压低机头,导致飞机坠毁。

飞机失速坠落时,不能逆向拉高机头让飞机往上飞,而是要顺势调低机头,减小气流迎角,缓解气流分离现象,让飞机重新获得升力。

了解了气流分离的严重性,现在重新回到游隼俯冲的研究。游隼身体模型上出现了气流分离现象,现实中应该影响到它的俯冲速度和方向,但是游隼在真实飞行中并没有发生类似飞机失速而失控的情况,它是怎样做到的?

俯冲的实时记录

模型的风洞实验解不开气流分离的难题,德国工程师团队干脆饲养了一批游隼,实时观察它们的飞行。团队训练游隼在60米高的水坝前俯冲,岸边架起高速摄像机,以坝体为背景,能够清晰捕捉到游隼的身姿。

60米的高度不能让游隼加速到最高速度,水坝前的游隼最高速度是22.5m/s (81km/h)。团队根据游隼的实际飞行速度和角度(此时的迎角为5º),计算了空气阻力,再次在风洞进行模型模拟测试。测试结果跟之前一样,模型身体的相同部位依然留下了气流分离导致的石蜡油堆积。

此时,摄像机捕捉到的细节揭开了真相,现实俯冲中,游隼跟模型有一小点儿不一样的地方。在游隼加速时,背脊处会竖起一小撮毛,而此处正是产生气流分离的地方。

上图是风洞模型和实际身姿的对比,红色箭头所指之处就是游隼竖起的几根羽毛。正常情况下,炮弹型身姿的游隼全身羽毛服帖地紧靠身体,保持平滑的流线型弧度。当它俯冲冲刺时,在合适的时间合适的位置,弹出几根羽毛,破解了局部的气流分离。

只要一小撮毛就能化解气流分离的困扰,游隼不仅带给航空工程师巨大震撼,还给他们推开了另一扇窗–设计像羽毛一样有弹性的襟翼。伦敦大学机械团队,在飞机机翼(NACA0020翼型)上安装一个有弹力的柔性襟翼,相比于以前刚性材料制作的襟翼,加了柔性襟翼的机翼在爬坡时,平均升力有增加。尤其在大迎角的情况下,柔性襟翼能显著提高升力。只要调节襟翼参数,就能维持机翼动力的稳定性。

不懂公式不会计算,游隼在实战中捕捉变幻的气流,调节身姿融入其中。高手出招,在准不在狠。游隼四两拨千斤,一根羽毛就化解了气流分离的困境,加速无极限。

自然界一直走在我们的前面,每条生命都有我们比不上的天赋。仰望星空,震撼心灵的不止有漫天繁星,还有那些划过天际的鸟儿。

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