【科學(xué)講座】信鴿高速飛行解析

信鴿高速飛行解析

   文/賈琨 宋俊平

    如果按照能量轉(zhuǎn)換計(jì)算，信鴿一次連續(xù)飛行的極限為300公里。那么這300公里的飛行路程便可使信鴿達(dá)到體能的運(yùn)動(dòng)極限，飛行速度下降，部分信鴿將因體能耗盡而無法歸巢。在500公里以上的比賽中，有些信鴿當(dāng)日歸巢并且分速超過1500米的事實(shí)說明，信鴿在歸巢飛行途中必定依賴了某種特殊飛行方式，在降低能量消耗的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了高速飛行。
     為此筆者參閱了大量飛行文獻(xiàn)資料，通過對(duì)比觀察信鴿歸巢時(shí)的飛行方式，分析了信鴿高速飛行及與之相適應(yīng)的特點(diǎn)，望眾鴿友分享。
                              飛行資料與理論
   １. 人工飛行器
滑翔傘借助上升氣流升高，然后利用重心引力滑翔，不僅可達(dá)到較高的飛行速度，而且可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離飛行�；铏C(jī)也借助上升氣流飛行，不同的是滑翔機(jī)必須達(dá)到“續(xù)航速度”才能保持穩(wěn)定飛行�；鑲闩c滑翔機(jī)都沒有機(jī)械動(dòng)力，但合理利用了上升氣流與重力作用，便可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離快速飛行。
信鴿能在身體運(yùn)動(dòng)極限內(nèi)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離高速飛行，必定也借助了上升氣流和重力作用。
      2、高速/低能量消耗的飛行方式——波浪式飛行
美國勞倫斯-利弗莫爾實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)的超高飛行飛機(jī)，先把飛機(jī)上升到4萬米高空，然后關(guān)閉引擎，借助重心引力高速滑翔，當(dāng)降低到大氣密度較高的大氣層高度時(shí)，飛機(jī)會(huì)像石頭在水面上打水漂一樣彈射起來，飛行員便啟動(dòng)引擎向上飛行，然后再次下降。采用該飛行方式，飛機(jī)可達(dá)到12倍音速的速度，同比燃料消耗降低60%以上。實(shí)踐證明，這種上下波浪式飛行是降低能量消耗而實(shí)現(xiàn)高速飛行的最佳飛行方式。
      采用上下波浪式飛行，由向下滑翔轉(zhuǎn)為向上飛行時(shí)，飛機(jī)會(huì)受到巨大壓力。力的作用點(diǎn)集中在飛機(jī)前部邊緣和尾部邊緣。該部位撞擊空氣得到反作用力，使飛行方向發(fā)生改變，間接地完成了轉(zhuǎn)向，然后飛行員只需提高飛行高度，等下次下降飛行即可。為避免反作用力造成的飛機(jī)損壞，科學(xué)家對(duì)飛機(jī)的外型進(jìn)行了仿生改造。該飛機(jī)的前部尖，翼部短厚，尾翼小，前部與中部的銜接處加寬加厚，橢圓形高強(qiáng)度構(gòu)造，不但可減少飛行阻力和反作用力對(duì)飛行器的損壞，而且可增大與空氣的接觸面積，使飛機(jī)得到充足向上的反作用力。
      3、加速度對(duì)生物機(jī)能的影響
      高速運(yùn)動(dòng)時(shí)，速度或方向一旦改變，便有加速度產(chǎn)生。加速度的改變會(huì)使生物的身體功能產(chǎn)生不適應(yīng)。當(dāng)加速度加大時(shí)，血液流動(dòng)方向會(huì)向末端流動(dòng)，導(dǎo)致腦部缺氧并且身體器官受到巨大壓力，使其損傷或功能下降。例如，加速度會(huì)擠壓體內(nèi)呼吸器官使之體積變小，使呼吸功能下降，導(dǎo)致機(jī)體缺氧，而且血液中的液體成分會(huì)滲出血管，使循環(huán)血不足，加重組織器官的缺氧。因此，在信鴿歸巢后呈現(xiàn)出眼部、喉部充血皆與不適應(yīng)加速度變化有關(guān)。
      超音速飛機(jī)駕駛員克服加速度的適應(yīng)性訓(xùn)練方法有兩個(gè)：其一是控制呼吸，減緩空氣由肺部向外的擴(kuò)散速度，維持肺部的呼吸功能；其二是繃緊肌肉，減緩血液向身體下部流動(dòng)的速度，防止腦部缺氧。但自身的生理基礎(chǔ)在其中起著決定性作用，即使經(jīng)過培訓(xùn)，還是有人不能克服加速度的影響。
                              對(duì)信鴿飛行的觀察
      筆者通過多年細(xì)致觀察歸巢途中的信鴿發(fā)現(xiàn)，大部分信鴿在飛行途中靠不斷扇動(dòng)翅膀保持較低的飛行高度（50米左右）向前飛行，而個(gè)別信鴿呈忽高（300米以上）忽低（30米左右）的波浪式飛行，并且這些信鴿通常單飛于鴿群的前列，飛行速度較快。
      在觀察中還發(fā)現(xiàn)，飛行速度特別快的信鴿，歸巢時(shí)常從高空俯沖下降，像空中落下的石頭，落地平穩(wěn)，具有良好的協(xié)調(diào)性。
                          信鴿對(duì)高速飛行的適應(yīng)性
采用上下波浪式飛行，能提高信鴿的飛行速度。但信鴿要實(shí)現(xiàn)高速飛行，還必須具有較高的飛行效率，減少能量的無功消耗，并克服高速飛行中的種種困難，如：加速度變化，高空的強(qiáng)氣流、低溫、低氧等。
      1. 飛行動(dòng)力的適應(yīng)
      信鴿的主羽產(chǎn)生向上和向前動(dòng)力的作用，副羽和尾羽主要起平衡和轉(zhuǎn)向作用（阻力作用）。信鴿在扇動(dòng)翅膀時(shí)，向上舉翅時(shí)是做無用功，向下扇動(dòng)時(shí)產(chǎn)生動(dòng)力。要提高飛行效率，主羽與副羽間要有較大的階差（主羽長(zhǎng)、副羽短），向上扇動(dòng)時(shí)阻力應(yīng)小，向下扇動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的動(dòng)力大，像“百葉窗”般層疊形態(tài)的主羽，在向上舉翅時(shí)遇到的阻力小，向下扇動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的動(dòng)力就大，是理想的主羽形態(tài)。實(shí)際觀察可發(fā)現(xiàn)，主羽大條的外端間距越大，越有利于在受力作用時(shí)形成類似“百葉窗”般的弧度。
      翅膀短而厚且后掠，可降低前進(jìn)中的空氣阻力，提高飛行速度。對(duì)于優(yōu)秀信鴿而言，則肱骨要短厚，飛行時(shí)翅膀與身體的夾角要小。大條內(nèi)彎的可減小翅膀與身體夾角，有利于減少空氣阻力。翅膀應(yīng)與身體協(xié)調(diào)，短而厚的翅膀，主羽大條也相應(yīng)的短而寬。
      2、體態(tài)適應(yīng)
      當(dāng)信鴿由高速下降滑翔轉(zhuǎn)為向上飛行時(shí)，加速度發(fā)生改變，身體會(huì)受到空氣巨大的作用力，并借助該作用力實(shí)現(xiàn)向上飛行。轉(zhuǎn)向飛行時(shí)，信鴿的嘴、脖、胸部以及腰、尾應(yīng)形成一定的弧度，閉合且細(xì)長(zhǎng)的嘴喙可減小阻力，粗壯的脖子與較寬的前胸形成大的接觸面積可產(chǎn)生比較大的上升浮力。龍骨前端稍彎曲，不但可增加接觸面積，更可起到支撐保護(hù)前胸的作用，使信鴿在得到最大浮力的同時(shí)又避免受到損傷。龍骨與恥骨銜接較平，附著肌肉后，可與上部稍駝的背部形成“機(jī)翼”動(dòng)力模型，利于上升飛行。在空中轉(zhuǎn)向過程中，尾部受作用力最大，容易使固定尾羽的尾椎肌肉損傷，影響生殖機(jī)能。尾羽表面積小，可承受較大的空氣阻力。而健壯豐滿的腰肌，可間接減小尾羽的作用力，即使在轉(zhuǎn)向時(shí)尾羽張開也不會(huì)被折斷，卻可產(chǎn)生較大的反作用力，迅速完成轉(zhuǎn)向飛行，提高飛行速度。
       3、高空氣流的適應(yīng)性
      上升氣流的強(qiáng)度隨著高度增加而增加。但上升氣流具有不穩(wěn)定性，在上升氣流附近常伴隨著強(qiáng)的下降氣流。在強(qiáng)對(duì)流天氣，上升/下降氣流的平均速度可達(dá)到50米/秒，足以將信鴿在短時(shí)間內(nèi)托升到1000米的高空或迫使信鴿由高空突然降落，導(dǎo)致信鴿翅膀折損。氣流對(duì)信鴿翅膀產(chǎn)生的作用力，與信鴿翅膀與身體形成的表面積成正比。
      翅膀表面積小的信鴿，借助上升氣流則必須達(dá)到更高的高度。由于氣流對(duì)翅膀產(chǎn)生作用力相對(duì)小，不容易損傷，適應(yīng)高空飛行。由于翅膀產(chǎn)生的動(dòng)力小，它們能以較高的頻率扇動(dòng)翅膀。但由于肌肉運(yùn)動(dòng)頻率高，血液中酸性代謝物濃度相對(duì)較高，容易疲勞，不適于長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)飛行。調(diào)查統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，中短程快速鴿的翅膀的表面積都較小，特別是副羽要短。翅膀形態(tài)對(duì)信鴿的飛行高度與速度，以及連續(xù)飛行的影響是顯而易見的。
      4、低溫與低氧的適應(yīng)性
      信鴿高速飛行時(shí)，產(chǎn)生熱量較多，只有充分散熱，才能保持恒定的體溫，實(shí)現(xiàn)持續(xù)高速飛行。晴朗天氣，上升氣流較多，高空氣溫雖低，卻可促進(jìn)信鴿體內(nèi)熱量的散失，有利于信鴿高速飛行。陰雨低溫天氣，上升氣流少，高空溫度更低，加速信鴿在飛行中的能量消耗，易導(dǎo)致信鴿能量消耗過快而無法繼續(xù)飛行。緊而細(xì)密的羽毛具有良好的絕熱性能，可有效控制身體熱量的散失，這就是許多鴿友已把羽毛品質(zhì)作為建立信鴿品系的參考因素。
      海拔越高，空氣中含氧比率越低，要求信鴿呼吸功能必須強(qiáng)。高速飛行的信鴿嘴喙緊閉，上顎是空氣進(jìn)入口腔的惟一通道，故飛行時(shí)信鴿的腭裂是打開的。氣囊是信鴿體內(nèi)的氧代謝器官，發(fā)達(dá)氣囊使信鴿體態(tài)輕盈，身體像充氣的輪胎。具有發(fā)達(dá)的氣囊的信鴿必須有強(qiáng)壯的骨骼做支撐和保護(hù)，才能使信鴿不容易損傷。
      5、加速度變化的適應(yīng)性
      信鴿轉(zhuǎn)向飛行時(shí)，短時(shí)間內(nèi)信鴿的體內(nèi)器官要承受約3倍以上重力加速度。部分信鴿歸巢后，喉嚨充血、眼房水渾濁、眼砂變淡等現(xiàn)象都是不適應(yīng)加速度變化造成的。健壯發(fā)達(dá)肌肉的信鴿，能適時(shí)繃緊肌肉，減緩血液向身體下部流動(dòng)的速度，防止腦部缺氧。而及時(shí)關(guān)閉上顎，可防止空氣向外的擴(kuò)散，維持基本的呼吸代謝功能。雖然通過訓(xùn)放和比賽，可提高信鴿對(duì)加速度的適應(yīng)性，但信鴿身體器官的生理功能70%以上是來自遺傳。
                              總結(jié)及應(yīng)用
      1. 高速信鴿的特征：脖粗胸寬尾短，氣囊發(fā)達(dá)，肌肉健壯，腭裂能開能閉，龍骨粗而且前彎后收與恥骨銜接良好，翅膀短厚面積小，主羽與副羽階差大，“百葉窗”主羽可高速，大條外端間距寬則更優(yōu)。
      2. 心肺功能的遺傳率在80%以上。信鴿選種時(shí)，不僅要選擇具有高速飛行特征或經(jīng)歷的信鴿，還應(yīng)考慮血統(tǒng)遺傳，選擇優(yōu)良血統(tǒng)的種鴿，并及時(shí)淘汰體質(zhì)退化的后代。
      3. 平時(shí)注重對(duì)信鴿歸巢時(shí)飛行方式的觀察，重用高飛且高降落姿態(tài)穩(wěn)的信鴿。
      4. 參加比賽應(yīng)考慮天氣因素，選擇適合賽程的信鴿，減少丟失，提高得獎(jiǎng)率。