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蚊子为什么能飞?科学家到现在还在研究这个问题,你相信吗?

2017/04/01 来源: Nature自然科研
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导读
蚊子拥有一对长而细的翅膀,相对于其尺寸而言,翅膀振动速度较快,频率约为800 Hz(这也是它们靠近时我们会听到恼人的嗡嗡声的原因),振幅小于任何其它昆虫类群。蚊子翅膀的拍动角约为40度,不到蜜蜂的一半,让人不免猜测蚊子究竟是如何实现飞行的。

本周《自然》在线发表的论文Smart wing rotation and trailing-edge vortices enable high frequency mosquito flight介绍了令蚊子得以飞行的独特空气动力学原理。


蚊子振翅时身体周围的空气涡流。Bomphrey et al.

蚊子拥有一对长而细的翅膀,相对于其尺寸而言,翅膀振动速度较快,频率约为800 Hz(这也是它们靠近时我们会听到恼人的嗡嗡声的原因),振幅小于任何其它昆虫类群。蚊子翅膀的拍动角约为40度,不到蜜蜂的一半,让人不免猜测蚊子究竟是如何实现飞行的。


蚊子飞行动作图解。图中的蓝色标记为前缘涡,紫色为后缘涡。Laura Miller

英国皇家兽医学院的Richard Bomphrey及同事表明,除了通过前缘涡(leading edge vortex,LEV)产生升力之外(大部分昆虫都采用这一机制:沿翅膀前缘生成低压“气泡”),蚊子还采用另外两种空气动力学特性:后缘涡(trailing edge vortex,TEV)以及利用翅膀转动产生的一种升力机制。

其它昆虫在下拍和上拍的平动阶段产生主要的重量支撑来自于翅膀平移时,在翅膀前端产生的,而蚊子独特的翅膀形状和运动意味着,它们的重量主要在每一个半次拍动结束时翅膀转动的短暂期间得到支撑。这样,反过来通过尾流捕捉在翅膀后缘产生涡流。(尾流捕捉指昆虫通过重新捕捉在前一次拍动中损失的能量而获得额外升力的现象。)


以粒子成像测速仪(Particle image velocimetry)测得蚊子周围的空气流动状况。Laura Miller

至于蚊子为何演化成采用不同于其它昆虫常用飞行模式的情况,人们所知不多。但是,高频率拍翅所需的惯性动力较大,作者认为这一点或通过其它选择性优势得到补偿——有可能体现在声音通讯领域。

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