翅膀综观

    当一个人手中持着一羽鸽子时，他会很自然的打开它的翅膀。他想从翅膀中看出什么？活动力、飞行力或是其他神秘的特征，还是什么都不是？如果你问一个小孩，一羽鸽子是用什么飞的，他一定会不假思索的回答：用它的翅膀。我们不久前从一位鸽主那里听到如此的说法：头在哪里，翅膀就跟到哪里，因为它们通通有翅膀！没错，它们都有翅膀，但是飞行表现却大不同。翅膀还可区分成拙劣、普通、良好及优秀的等级。雉鸡和军鉴鸟都有翅膀，但是前者只能吃力的以时速60公里的龟速挥翅向前，而后者却能飞出五倍以上的速度，时速超过1000公里。这就是差别。不过这两种鸟的生活方式也不同……它们会各自适应“自己的问题”。我们要赛鸽在比赛中完成的任务和它们在自然的生活环境中要面对的情况是完全两样的。因此，优秀赛鸽和普通家鸽的特征也是不同的。和雉鸡、军鉴鸟比起来，鸽子的特征当然不那么的多样性，不过鸽子的这些特色却彼此迥异到足以对速度与持久性等飞行力造成强烈影响。在研究了飞行技术之后，我们实地造访了国内外的顶尖鸽舍并着眼于超级鸽的翅膀特征上，然后我们才做出结论。在阅毕本书之后，你必定也能得出自己的结论。我们确信，那应和我们的结论相去不远。

    鸽子为何能飞？如何飞？

    人们会问，为什么一个比空气重的东西能飞，而不会像石头般往下掉落？长久以来，大家认为这是一个支承面表面积的问题。起码在关于鸽子的书籍和文章中是如此宣称的。这并不令人惊讶，毕竟人们在经历了二十年的飞行之后才看清这个观点的错误。一开始人们只会一味的从扩大支承面方面着手，从单翼飞机改善成双翼飞机，再从双翼飞机改善成三翼飞机，直到终于发现这个理论的错误之处。不过瑞士自然科学家白努利﹝Daniel Bernoulli﹞在十八世纪中叶即已找出这个秘密之匙。他发现了“动能+位能=定值”的定律。或许这对你而言等于有说没有懂，不过别紧张，我们不会就以如此一个学术性的理论便草草交代了事。反之，我们将让你清楚理解为什么一羽正在活动的鸽子能够毫不费力的在空中飞翔。白努利定律简单的说就是：流体流速愈大，压力愈小。

    从附图中你可看到：

    1、空气在突面上必须绕弯路，因此它在平面上的速度会变快﹝参见A图﹞。

    2、反之，在上下两面仅隔着极薄直径的表面上，空气是以同样的方式流过上下两面﹝参见B图﹞。

    第二种情况中，表面上下两面的压力相同。反之，第一种情况中，上面的压力会减弱，而下面的压力则几乎维持不变。从压差中产生了一种升力。

    范例

    我们假设，下面的压力是1 kg/cm，而上面的压力则减至0.95 kg/cm，这表示在一块面积为10 cm的表面上所产生的压差足以提升一羽鸽子的重量。现在你应可理解：

    1、早期的飞机制造者建造出表面积大的机翼，因为他们以为这种机翼在穿过空气时“应该能产生较小的阻力”，而且能够“理想的承载飞机”。这种想法是错的。在经过许多年的实验之后，他们终于发现了错误并加以改善。

    2、有些人现在还在主张一羽长距离鸽必须拥有一对宽阔的后翅，因为这种翅膀的表面积大，也就是说“在空气上是一个良好的支撑”。他们的想法也是错的。宽阔后翅之所以不受欢迎还有其他的原因，我们将在后文提及。或许你会问，空气中一个正在动的东西是否会遭受阻力？答案似乎是理所当然的，事实上也是如此。但是这种阻力是如何增强的？和速度成正比吗？伽利略是这么认为的，但是他错了。荷兰物理学家惠恒斯﹝Christiaan Huygens﹞在十七世纪末即语出惊人的指出，阻力是和速度的平方成正比的。牛顿也导出相同的结论，不过在入射角这方面他却是错的。白努利的追随者欧拉﹝Leonhard Euler﹞最后将白努利的著名定律确立下来。依据此定律，阻力会受不同因素的影响，这些因素为：

    空气密度、表面积、入射角﹝sin α﹞、速度的平方
   

    我们可以从中得出什么实质性的结论呢？一对有着大表面的宽阔后翅在速度愈快时即代表它的煞车力量愈大。如果鸽子只是在屋顶附近飞着玩，大后翅是比较有利的，因为它的速度远低于竞翔归返时的速度。这时的升力较小，而低速时一个好的支承面是较为有利的。低速绕着屋顶盘旋的选手鸽可能需要一对宽阔后翅，因为它能扩大支承面。在起飞及下飞栖息时，它也善于发挥其作用。鸽子在竞翔的飞行速度较快，因此不再需要大的支承面。这时，宽阔的后翅反倒成为阻碍。

   
    来自Izegem、着名的摄影记者Maurice Terryn的杰作

    绕着屋顶盘旋的速度很少超过时速60公里。反之，竞翔时的速度则介于时速80及85公里﹝真正速度﹞之间。在其他因素皆同的情况下，时速82公里所产生的阻力是时速60公里的两倍﹝82?60? X 2﹞。

    关于后翅的功能你可以在阐释后翅的那章里读到。你会发现，在竞翔时，宽阔的后翅：

    1、对于所谓在空气上的支撑毫无用处﹝根据白努利定律的升力﹞

    2、反倒起了煞车作用﹝根据欧拉的观点，阻力会依速度平方而增加﹞

    你可以自行示范白努利定律。将两张纸垂直地放在嘴的前方。当你用力吹时，两张纸会彼此靠近，而不是如大家想当然尔那般地彼此分开。将一张纸平行地放在嘴的前方并向纸的上方吹气，纸便会朝上卷起。这就是飞行的原理。﹝见图一﹞

   

    到目前为止，我们只谈到四种影响飞行中鸽子的力量中的三种：

    重力﹝A﹞、空气阻力﹝B﹞、升力﹝C﹞

    最重要的力量─推力，我们有意先行略过，因为我们必须特别对之加以说明。和以前人们所做的假设相反，拍翅并非分成一段主动期和一段被动期，而是两段时期皆为主动期，并且是藉助一种空气动力技巧及力的分解来达成。在竞翔时，向下的动作约呈90度角，主翼羽的羽毛之间的位置就像百叶窗的叶片。在频率为每秒拍翅6下左右的往下动作中会产生一种向后方逃离的气流漩涡，借由其反应，将鸽子像物品般往前推进﹝Müller的实验﹞。早在向上的动作开始之时，“百叶窗”便会开启，空气即可从中穿过。根据鸽子调整的角度会生出一种力的分解，它会造成往上及往前的推力。在这个研究领域中，现代的学者经常会想到伟大的达文西，后者深深着迷于鸟类的飞行并自制飞机，然而﹝根据传说﹞却摔断了颈子。会发生这种事并不令人惊讶。谁想做为人以自身之力进行飞行尝试，我甚表赞同。不过我会先展示以下的小小计算式，好让有心尝试者在摔断颈、颜面尽失之前先三思。

    鸽子在起飞时﹝不要和真正飞行时混淆！﹞所产生的能量为
   

    如果一个重75公斤的人，加上25公斤﹝轻的叫人无法相信！﹞的装备，要达到相同的上升能量必须要有鸽子所产生的能量的200倍，也就是说 200 x 0,028 33 pk﹝马力﹞= 5.666 pk﹝马力﹞。这至少是人体体能﹝短时间﹞的6倍。而且我们还未将其他因素如身体姿势等列入考虑。为什么会这样？这是由于人的肌肉是平均分布于身体各处，而鸽子则是胸肌特别发达，而且在速度较快时还能借着较高的体温﹝约42度﹞加以收缩。在我们撰写此文之时﹝一个潮湿的七月里，一个灰暗的假日﹞，我们也兴趣盎然的观看两个西法兰德斯人的实验。他们想设计一台飞行脚踏车，以获得一个英国赞助者的丰厚奖金。条件是：自身以八个翅膀的外型飞在距离平坦土地上1600公尺的空中。为什么是平坦土地？为什么以八个翅膀的外型？很可能是那个聪明的英国人想借此排除所有可能的影响因素。例如有利于上升的气流就多少能协助“纯粹的”人力。

    相较于“飞行的鸟人”，西法兰德斯人的计划有下列优点：

    1、自行车手发达、训练有素的腿部肌肉在骑车时可用为能量转换器。比起“鸟人”的臂部肌肉，从各方面来看，这都是个“较有力”的解决方式。

    2、支承面可以轻易地被所希望的翼负荷﹝wing-loading，支承面和重量之间的比例﹞及速度配合。

    3、身体可调整成较轻松的姿势，掌控性也较佳。

    4、拜翅膀表面积之赐，某些因素如在特殊情况之下里上升中的热空气也可能使“上升”变得容易些。

    衷心祝福两位西法兰德斯的冒险家。希望他们的“达文西号”可以载回英国人的钞票！就算人找出了经改良后的完美飞行技术，他仍然飞不起来，因为他无法聚集飞行所需的能量。因此短时间内，人还不能凭一己之力飞起来。不过一些理论家有时也会突发奇想，如同下述这位不知名的天才仁兄：

    5、连同身上羽毛的鸽子体重为500公克，即使去除羽毛，总体重也只会少几十公克。没有羽毛它无法飞，所以在羽毛中藏有能提起重力的神秘磁力。某个极度聪明的冒险家注意到这点。他将自己浑身上下抹上胶并黏满羽毛，再装上一对创意翅膀，然后从屋顶振翅一跳……砰的一声，背部着地。他的飞行技术之实验因而被迫告停，因为这位“飞天鸟人”候选人在半小时之后躺在医院里呻吟，他全身严重淤血，还摔断了腿。让我们再回到飞行技术的研究。在图二中，你可以看到一羽鸽子由左至右飞行的侧面图。

   

    最左边的阶段和向下动作的开始阶段相符合。第2、3、4及5阶段为一连续动作中的中间阶段。臂、前臂及掌在这个阶段呈一直线并自肩膀关节起经历一个整体的回转动作。正是在这条水平线之下，前臂及掌开始愈来愈朝前弯向鸽子身体，如此便更强调了往前的伸展动作。这个动作会使得主翼羽的羽毛彼此分开并在空气动力的压力下稍稍绕着其羽茎转，这时候原本浓密的翼面会分成数个小小平面，彼此之间各自独立并且互相平行。当掌及前臂约略呈垂直状态时，掌会绕着前臂转，而且掌会与臂和前臂呈一直线。其中值得注意的是：

    1. 从图中的第6至第8点可看到，在这个阶段翅膀的展开状态约只有做向下动作时的一半。

    2. 如前所述，主翼羽的羽毛此时彷佛打开的百叶窗。

    3. 虽然向上挥翅的动作所耗费的力气可能仅为向下挥翅的1/6，但是空气动力的力的分解却能引发一股特定的推力。

    这些观点为马烈﹝Marey﹞的后继者古第﹝G.Guidi﹞所借用，查理士.得希登的鸽翼理论即是以马烈的理论为根基。马烈在十九世纪末即已开始进行观察研究。在超过四十年之后，古第发表了非常有趣、名为《鸽子的拍翅》的航空技术专题研究。由于这些专题研究的深入性，它们立即为《皇家航空协会期刊》﹝Journal of the Royal Aeronautical Society﹞所收录。这个阶段都不是古第和马烈凭空想象出来的。不过马烈主要着眼于鸽子振翅起飞与下飞栖息的研究，而古第则在近半世纪之后凭借着较多、较佳的科技技术，较贴近地观察鸽子的飞行并将其拍摄下来。他将重点放在侧面、上面、后面。

   

    这些照片分别以每秒64张及128张的速度被拍下，闪灯速度为1/500秒。这些照片被区分为若干个阶段，但是实际上它们是一个连续动作。从图中你可以看到这些阶段。图中的动作会让人误认为翅膀肌肉的功能乃受限于翅膀组成部份﹝臂、前臂、掌﹞的几何动作。其他的研究显示，大胸肌负责向下的运动，向上的运动则由小胸肌达成。当鸽子高速飞行时，所产生的能量是最小的。重力会被升力往上拉。而要保持速度的话，往前的力量必须克服空气阻力。马烈认为，经由主翼羽最后四根羽毛的快速动作所产生的空气漩涡的中心可在翅膀尾端2/3处找到支撑点。这是一个很重要的特点，因为这表示如果一羽鸽子的第五羽﹝从后翅处开始数起﹞脱落了，可能会对它的飞行表现造成负面影响，然而这并不表示它就无法入赏。 ——《赛鸽鸽翼的品质》（连载）