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2017年12月10日 星期日 放大 缩小 默认   
降落伞:像蒲公英那样飞
稼正
  自然界什么东西最能引发凡人的遐想,最能激发诗人的灵感?清溪里的小鱼、夜空中的萤火虫都是,当然还有阳光下的蒲公英。它的每颗种子,都自备着小小降落伞,随风远航,有时能飞出上百公里,甚至越过大海,到荒芜的火山岛上繁衍。

  而科学家关注的,则是这些风动微型飞行器的物理原理。苏格兰的爱丁堡大学应用数学家卡塔尔·康明斯说,“它们能没有能耗而到达如此远的距离,一定有它的秘密。”他正在研究蒲公英如何完成蜿蜒的飞行,希望这些见解最终可能用来设计乘风而行的微型无人机。

  蒲公英种子飞行时,蓬松的绒毛充当降落伞,这和我们用的降落伞很不一样。绒毛之间,90%是空间。“为什么自然会选择这种多孔降落伞设计呢?”康明斯自问。

  为观察种子在行动中,他和同事们建造了一个风洞,让空气轻轻向上吹。研究人员跟踪蒲公英种子在风洞中盘旋时的运动。他们发现这些几乎中空小伞的下降几乎不受气流的影响。

  降落伞的多孔性有助于种子在飞行中的稳定性。康明斯说:“这种结构让一点点空气通过降落伞,稳定着自己的尾迹中的漩涡。”

  原来,当种子漂浮时,相邻的细丝相互作用,在种子上方产生一些旋转的气流,这漩涡像个小环拖曳在种子身后,有助于增加阻力,使下降变缓。蒲公英种子在空中停留尽可能长的时间,就有更多机会被风吹起,带到新的领地。

  “对飞行来说,拖曳通常是有害的,不过如果是从飞机上跳下,需要尽可能多的拖曳力来支撑你的体重。”康明斯说,“当然,我们现在讨论的这些种子,身材是毫克的零头,所涉及的力量和重量都要小得多。它们必须遵循不同的规则。”

  以蒲公英的身材,采用空心伞比实心伞更合适。康明斯说:“我们发现,空心伞制造阻力的效果远超传统的降落伞。蒲公英成功地创造了一个几乎完全空的降落伞。这是‘少就是多’的又一例证。”

  康明斯和团队在美国物理学会的流体力学年会上的报告展示了实验数值和物理模型研究的结果,阐明这些孔隙率很高的微小降落伞是如何调节其不透气性,达成空气动力学上的稳定,赋予种子难以置信的飞行能力。

  模仿蒲公英绒毛降落伞的造型,可能使微型飞行器不消耗任何动力而长途飞行。这些风媒飞行器可能用于遥远的行星,或地球上偏远或条件恶劣的环境,跟踪那里的气候状况。稼正(图frankieleon)

     
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