【科學(xué)講座】信鴿高速飛行解析(續(xù))
文/賈琨 宋俊平
筆者曾在《科學(xué)養(yǎng)鴿》雜志2006年第1期論述了信鴿在飛行過程中采用滑翔方式,使之在保持高速飛行的同時(shí)降低體能消耗,實(shí)現(xiàn)長時(shí)間連續(xù)飛行,本文著重論述高速滑翔之相關(guān)特點(diǎn)與受到的影響。有關(guān)研究和試驗(yàn)表明:信鴿滑翔的效率與其身體的重心位置和外形有著直接的關(guān)系。根據(jù)流體力學(xué)原理,空氣對運(yùn)動(dòng)物體的阻力隨速度而變化,速度越高阻力越大。當(dāng)氣體與物體某一面相摩擦?xí)r,阻力與速度的平方成正比。美國科學(xué)家研究還發(fā)現(xiàn),空氣中快速運(yùn)動(dòng)的物體至少有3個(gè)面在移動(dòng)中與空氣接觸發(fā)生摩擦,但對各個(gè)接觸面的影響卻不盡相同。根據(jù)推斷總阻力將是速度的二次方。顯然當(dāng)信鴿的速度變?yōu)樵瓉淼?倍時(shí),空氣阻力將增大到原來的4倍以上。信鴿的飛行速度有其最終的極限,這不能只單純地從肌肉強(qiáng)度和運(yùn)動(dòng)持續(xù)時(shí)間上去解釋,也應(yīng)具體地從體形和羽毛表面摩擦力的問題上去解釋。
1 空氣動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)
風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)和計(jì)算機(jī)仿真空氣動(dòng)力學(xué)模型的模擬試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),當(dāng)飛行體的體積、重量、初始飛行速度相同的前提下,重心位置適當(dāng)靠后將有利于提升飛行體的滑翔性能。在養(yǎng)鴿實(shí)踐中,我們也認(rèn)為好的信鴿必有很好的上浮力,具有輕、飄、浮的手感。筆者曾做過多次試驗(yàn)——兩只體重相同、外形不同的信鴿上手鑒別,卻感覺到重量有著明顯的不同。究其原因,是我們感覺信鴿的重心位置不同。重心靠前者手感偏重,重心靠后者手感偏輕。
2 信鴿外形與滑翔的基本調(diào)查
計(jì)算機(jī)仿真試驗(yàn)還發(fā)現(xiàn),當(dāng)飛行體的體積、重量、初始飛行速度相同的前提下,前端直徑粗、后端直徑細(xì)的飛行體持續(xù)滑翔的時(shí)間更長。所以鴿友們選擇前胸寬、后身窄的信鴿有其科學(xué)道理,它與信鴿的連續(xù)飛行時(shí)間、適飛空距有很大的關(guān)系。筆者對不同空距獲獎(jiǎng)鴿進(jìn)行大量考察后發(fā)現(xiàn),300公里以內(nèi)的短距離快速飛行的信鴿卻是前胸并不寬;而500公里以上空距比賽中當(dāng)日歸巢(尤其在惡劣天氣)的獲獎(jiǎng)鴿,前胸寬厚者非常多。前胸的寬窄與信鴿能連續(xù)飛行時(shí)間有關(guān),能持續(xù)飛行時(shí)間長的信鴿,必有著很好的滑翔能力。
3 信鴿體形與風(fēng)阻系數(shù)Cw的理論分析
信鴿飛行中受到的空氣阻力,以壓力體現(xiàn)并矢量遞加而產(chǎn)生力的作用。前進(jìn)方向的垂直作用表面小、接觸面光滑,就能有效降低前進(jìn)的空氣阻力。觀察信鴿的快速飛行高速相片可以看到,信鴿從嘴、脖子直到前胸形成一個(gè)平緩,并緩慢變粗的結(jié)構(gòu)能最有效地降低空氣阻力。有經(jīng)驗(yàn)的賽鴿家挑選賽鴿時(shí),對信鴿的嘴、脖子以及脖子與前胸的過渡有較高的要求。具有較平的龍骨和突起背部的信鴿大多具有連續(xù)長時(shí)間快速飛行的能力,已成為大多數(shù)鴿友的共識。
實(shí)驗(yàn)分析表明:信鴿以70公里/小時(shí)的速度“主動(dòng)飛行”時(shí),有80%的能量消耗在克服空氣阻力上,而滑翔式“被動(dòng)飛行”是“主動(dòng)飛行”的替代方式,能有效防止能量的大量消耗。信鴿受到的空氣阻力與風(fēng)阻系數(shù)Cw緊密相關(guān),風(fēng)阻系數(shù)的值越小,其流線型體形越標(biāo)準(zhǔn),則使信鴿在消耗能量(主動(dòng)飛行作用力)的情況下,獲得更高的速度。
一般情況下,垂直平面體的風(fēng)阻系數(shù)為1.0以上,球體的風(fēng)阻系數(shù)為0.5左右;飛禽的風(fēng)阻系數(shù)大多介于0.1-0.2之間,飛機(jī)風(fēng)阻系數(shù)為0.08,雨滴0.05的風(fēng)阻系數(shù)為目前已知的最低數(shù)。在不記重力的情況下,快速移動(dòng)物體的外形越接近雨滴形狀,則風(fēng)阻系數(shù)也最小。
雨滴的流線型外形
考慮到重力的影響,飛行體需在飛行過程中依靠體型變化產(chǎn)生上升力。而物理學(xué)和空氣動(dòng)力學(xué)分析的結(jié)果是:下部接觸面的空氣流動(dòng)速度必須盡可能的快,使其形成的壓力高于上部空氣接觸面受到的壓力,這就綜合形成了上升力。與前進(jìn)方向平行的平面型接觸面受到的空氣的阻力最小,其運(yùn)動(dòng)速度也最快。所以上部接觸面為流線型,下部為平面型的物體在空氣中移動(dòng)時(shí),不僅風(fēng)阻系數(shù)小而且獲得的升力也最高。人類在研究鳥類的飛行過程中也從中得到了相應(yīng)的啟示,因此在制造的飛機(jī)時(shí)在機(jī)翼和機(jī)身的開關(guān)就采用了該原理。

能獲得上升力的流線型運(yùn)動(dòng)體模型
鳥類高速飛行時(shí)的運(yùn)動(dòng)軀體模型
流線型的體形使信鴿在飛行中能克服重力的影響,在滑翔時(shí)能在同一高度緩慢降低飛行速度而前進(jìn);而降低飛行高度后,信鴿的飛行速度將有可能再度加快。信鴿只需保持飛行高度,提供前進(jìn)的基本動(dòng)力即可實(shí)現(xiàn)不斷的飛行。所以說,良好的流線型體形是決定信鴿滑翔能力高低的首要因素。
4 羽毛表面摩擦力與風(fēng)阻系數(shù)Cw的分析
雨滴由于表面張力的原因,外表非常光滑,其摩擦系數(shù)也極低,所以能具有極低的風(fēng)阻系數(shù);飛機(jī)與空氣的各個(gè)接觸面也采用了表面處理工藝,所以也能具有較低的風(fēng)阻系數(shù)。但是信鴿的羽毛之間不僅有皺褶,而且還可能因管理和生理原因造成缺條,使身體表面變的粗糙。粗糙的表面不僅增大空氣阻力提高風(fēng)阻系數(shù),還使信鴿在飛行中更容易受到風(fēng)向的影響。據(jù)有關(guān)研究,同種鳥類的羽毛摩擦系數(shù)的差距在2%左右,風(fēng)阻系數(shù)的差距也在2%左右。因此在能量相同的條件下,按風(fēng)阻系數(shù)相差2%計(jì)算,羽毛最光滑(摩擦系數(shù)低)的信鴿比其他羽質(zhì)(摩擦系數(shù)高)的信鴿在飛行速度上要快6.248%也就是說當(dāng)羽質(zhì)一般的信鴿飛行速度達(dá)到1200.000米/分時(shí),而羽質(zhì)光滑的信鴿將達(dá)到1274.979米/分。在500公里比賽時(shí)羽質(zhì)的差距體現(xiàn)為,羽質(zhì)優(yōu)良的信鴿可以領(lǐng)先其他羽質(zhì)的信鴿24分鐘歸巢。
我們強(qiáng)調(diào)信鴿應(yīng)有絲絨狀,光滑的羽毛。但遺傳學(xué)的研究表明:信鴿的羽毛除了與遺傳有關(guān)系外,還與健康狀況有很大的關(guān)系。鴿友也會(huì)發(fā)現(xiàn),當(dāng)某些信鴿羽毛上出現(xiàn)油脂類斑點(diǎn)后羽毛將非常光滑,該信鴿將能達(dá)到它比賽的最佳狀態(tài),比賽中獲獎(jiǎng)的概率也極高。
5 高度的影響
信鴿在滑翔時(shí)須克服重力和空氣阻力的影響,還會(huì)受到飛行高度的影響。理論上,隨著飛行高度(也與司放地的地形有關(guān))的上升,地球的重力加速度將減少,且空氣逐漸稀薄空氣阻力將隨著減小。經(jīng)測算,高度每提高1000米空氣密度將減少16.3%,飛行加速度每秒就能提高0.3厘米,非常有利于信鴿飛行速度的提高。但高原對信鴿的不良反應(yīng)也相應(yīng)存在,當(dāng)高度超過2000米后,空氣稀薄氣壓較低,可能影響某些長期在平原養(yǎng)殖信鴿的有氧代謝,出現(xiàn)所謂的高原反應(yīng)。由于條件的好壞與制約,在全是高原的比賽中,可能會(huì)有較少信鴿獲得較高的飛行速度。但在中國若干高原養(yǎng)殖的信鴿,賽線大多選擇在平原放飛,而且承受逆風(fēng)的影響較多,所以目前尚未見到較好的飛行記錄。
理論研究表明:在海拔2000米左右的高原,即使不進(jìn)行任何訓(xùn)練和運(yùn)動(dòng)負(fù)荷,信鴿的有氧代謝仍要承受一定的負(fù)荷。血紅蛋白、白細(xì)胞、血球容積等將大大增加,肌體耐乳酸能力也會(huì)得到相應(yīng)的提高。若干高原地區(qū)的幼鴿,能在低海拔平原地區(qū)的公棚獲得好成績的現(xiàn)象也履見不鮮,這可能與種鴿長期養(yǎng)殖有一定的關(guān)系。幼鴿具有的高原飛行的秉性,有可能飛得更高,具備更高的滑翔能力儲(chǔ)備,能連續(xù)飛行的時(shí)間也更長。
6 遺傳對信鴿的影響
據(jù)相關(guān)信鴿遺傳的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析:信鴿的外形和羽質(zhì)在育種繁殖時(shí),不可能全部得到上代信鴿優(yōu)良性狀的遺傳,雜交育種時(shí)體形更加容易發(fā)生改變。雜交能使信鴿獲得優(yōu)勢,體質(zhì)更加健壯、生命力更強(qiáng),但也存在諸多遺傳性狀改變的不良影響。如何強(qiáng)化信鴿的優(yōu)良體形和羽質(zhì)?筆者的建議是,種鴿的適飛距離和賽績應(yīng)盡可能相同,最好還要具有相似的特征。至于雜交還是近交,鴿友們應(yīng)視種鴿的具體情況而具體決定。