【用鰭翼飛得快】

江南布衣

【用鰭翼飛得快】

 

鯨的扇貝狀胸鰭可能改變未來機翼的形狀 

撰文╱艾胥利（Steven Ashley）

翻譯／涂可欣 

 

 

 
鯨鰭前緣的隆起可增加大翅鯨胸鰭的流體動力效率，讓巨鯨也能行動敏捷地追逐獵物。　
 
1980年代初期的某天，費希在波士頓的一家雕塑藝廊裡注 意到一件小型的大翅鯨（也稱為座頭鯨）雕像。

 

他趨前檢視一番後，注意到這頭生物巨碩而如翅膀般的胸鰭前緣，點綴著間隔均勻的隆起，因 此大吃一驚。

 

他是游泳脊椎動物的流體力學專家，他所知道的鯨目動物胸鰭、魚鰭或鳥類的翅膀，前緣都是平滑的，沒有任何其他生物帶有如 此奇怪的特徵。

 

費希向他太太提出這點，並縱聲猜測雕塑家弄錯了。

 

在一旁聽到的店主，深知這名雕塑家對細節的專注與仔細，就很快拿出一 張照片，清楚顯示了大翅鯨結滿疙瘩的胸鰭，費希趕忙記下這異常的特徵，做為未來研究的課題。

 

接下來20年，費希埋首研究，其中還包括 為一頭擱淺、傷口腐臭的大翅鯨，縫合三公尺長的胸鰭。

 

而這位美國賓州西徹斯特大學的生物學教授和數名同事，最近驗證大翅鯨多瘤的側肢 ，可要比人類和自然界設計的傳統光滑造型，更勝一籌。

 

費希和美國杜克大學的郝威，以及海軍官校的密克羅索維奇和馬瑞等流體力學工程 師合作，製造了兩個56公分長的大翅鯨胸鰭複製品，其中一個具有隆起的特徵，另一個則無。

 

在海軍官校的風洞測試中，縮小的平滑胸鰭模型 的表現和一般飛機機翼類似，而胸鰭有隆起的複製品則明顯有較佳的空氣動力效率。

 

 

將平滑和凹凸起伏的胸鰭複製品進行風洞測試，可以找出兩者的差異。　
 
研究者在今年5月的《流體物理》期刊中指出，和大小相 等的平滑胸鰭比較起來，大翅鯨胸鰭的隆起前緣能增加8%的升力、減少高達32%的阻力。

 

此外，和流線形的鰭比較起來，大翅鯨巨大扇貝形的 鰭可增加40%的攻角（鰭切入急流時的角度），也不至失控。

 

費希說：「這些結構和我們所理解的流體動力學有很多衝突，使得過去沒有人想 到要去分析它們。」

 

隆起前緣能增進性能的關鍵理由，是因為在這些隆起節瘤的兩側，會產生成對的反向旋轉渦流。

 

郝威解釋：「節瘤就像 渦流製造機，旋轉的渦流將動量注入水流，讓水流吸附在鰭的上層表面，而不是分叉到上下兩側。這個效應可延緩攻角較陡時引發的失速現象 。」

 

結果讓大翅鯨這種海中巨獸也能敏捷地急轉彎，捕食游動快速的鯡魚和沙丁魚群。

 

費希已申請隆起表面觀念的專利，他說目前進行中的 測試，還包括更精確的胸鰭模型和節瘤幾何功能的最佳化，這些研究有可能產生更好的人造翅翼，而減低失速的機會，除了能夠增進飛行安全 外，也可讓飛機更靈活。

 

郝威也說：「這個發現的應用將不限於機翼，還有飛機的推進器、直升機的旋翼和船隻的方向舵。」他預測下一屆 美國杯帆船賽的勝利者，很可能使用凹凸不平的方向舵，靈活地御風航行。

 

 

引用：http://sa.ylib.com/news/newsshow.asp?FDocNo=545&CL=14