V形编队

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灰鹤呈V形编队。
鸟类以V形编队飞行

V形编队（V formation），又称为V字纵队、人字阵，是大雁、天鹅、鸭子和其他候鸟飞行时所采用的V字形对称飞行队形，这种阵型提高了其能源效率。通常情况下，只有大型鸟类才会以这种方式飞行，因为小型鸟类所产生的风流更为复杂，难以让后方的鸟利用。[1] V形编队也提高了飞机的燃料效率（英语：Fuel efficiency），被应用于军事飞行任务。

空气动力学[编辑]

V形编队可能会提高飞鸟的效率，尤其是在长距离迁徙的途中。[2]由于领头鸟会在翼尖处产生翼尖涡流，这使得后方的飞鸟可获得上洗流（英语：Downwash）（Upwash）的升力。[3] [1]上洗流协助支撑每只飞鸟在飞行中的负重，就像滑翔机可以在上升的空气中无限爬升或保持高度一样。科学家怀疑，这些鸟类能够透过视觉或羽毛来感知气流，找到最理想的上升气流所在位置。[1]

先前有研究发现鸟类可以使用小于20%-30%的能量。根据一篇1970年的论文，在25名成员组成的V形编队中，每只鸟都可以减少诱导阻力，从而将其航程增加71%。[4]在2001年 Nature的一篇研究中，研究人员在鹈鹕身上装了追踪器，结果表明，与以V形编队飞行的鹈鹕相比，独自飞行的鹈鹕心跳速率更高，拍打翅膀的频率更高。 [5]

飞行特性[编辑]

鸟在V形编队中对于位于左边、中间还是右边各有所好。[6]在尖端和前面飞行的鸟类会适时周期性轮换，以在鸟群成员之间平均分散飞行疲劳。加拿大雁、鸭和天鹅一般会形成V形阵队。 [7]因此，飞行编队围绕 V 形变化并且不会保持恒定。

V形编队飞行不仅关乎位置，还关乎拍打翅膀的时机。后面的鸟会与领头鸟的拍打模式同步，跟随前面的鸟留下的下洗流（英语：downwash）（downwash）痕迹 [1]每当一只鸟飞到另一只鸟的正后方时，它就会反转翅膀拍打模式以抵消下洗力。 [1]

由对朱鹭的实验，研究人员发现以 V形编队飞行并非与生俱来的技能。[6]当它们首次一起飞翔时，它们并未以V形编队飞行。然而，随着时间的过去，它们开始学习如何以这种队形飞行，就好像它们自学而成或观察其他朱鹮而学会。

应用[编辑]

军事飞行[编辑]

  “V”编队或“Vic编队（英语：Vic formation）”是许多空军的军机采用的基本飞行编队。Vic编队在举行庆典时的低空编队飞行以及航展飞行中也十分常见。

美国空军F-15在阿拉斯加上空。

工程师和研究飞行员（research pilots）试图善加利用类似的空气动力学优势。飞机翼尖的气流可以为后方的飞机提供向上的升力，使其以更有效率的方式飞行。美国国家航空航天局的德莱顿飞行研究中心（英语：Dryden Flight Research Center）发起了他们的自主编队飞行计划，该计划包括一个使用GPS的编队飞行仪表系统，让飞机得以自动定位在精确的编队位置。[8]该计划的目标是持续节省10%的燃料，而实验数据表明，可以达到高达15%。这种燃料的减少也可以减少释放到环境中的污染量。[8]

现代表演飞行特技的队形

美国空军机动司令部所用燃料航空燃料占美国政府全部使用量20%，他们也在实验改变自动驾驶仪，以便在“漩涡冲浪”（vortex surfing）所减少的阻力和飞过另一架飞机尾流时的“乘坐品质”之间找到最佳平衡点。[9][10]

商务航班[编辑]

空中客车公司正试图通过“伴飞计划”（fello'fly project）减少商用航空的燃料。这是一个雄心勃勃的节能理念，欲借由两架大型飞机以V形编队飞行来节省能源。空中客车旗下UpNext的执行长桑德拉 · 布尔 · 谢弗（fSandra Bour Schaeffer）博士说：“这与军方所说的编队飞行非常非常不同”。由于大型飞机在高速飞行时会在机翼上产生巨大涡流，两架飞机将在平稳上曳气流附近飞行，相距大约1.5到2英里。因此可以在不影响乘客舒适度的情况下省下大量燃料。

空中客车以两架AS350直升机来完成试飞，结果显示，跟在后方的直升机每次飞行可以节省5%到10%的燃料，意味着省下数吨喷气燃料和二氧化碳排放量。尽管如此，航班之间的营运、财务、节约问题需要解决，同时还需要处理具有相似航线的飞机的位置和高度的日程表数据。[11]

以V形编队飞行的鸟类[12][编辑]

此列表未全面涵盖所有以V形编队飞行的鸟类。

昔日的研究和发现[编辑]

  • Wieselsberger（1914）：他是首位提出编队可为鸟类带来空气动力学上优势的空气动力学家。从空气动力学的原理出发，他知道鸟类由于翅膀边缘的上洗流和下洗流会产生空气动力学的伯努利升力。他提出，以V字形飞行的鸟类利用邻近鸟类的上洗流来减少诱导阻力，从而在飞行中保存能量。[13]
  • Hamilton（1967）：他认为鸟类交错排列为与邻近鸟类的视觉交流提供了优势。同时还为在飞行期间提供清晰视野。[13]
  • Lissaman & Schollenberger（1970）：他们进行的实验给出了节能的量化近似值。 通过他们的研究，他们得出结论，与一只鸟相比，由25只鸟组成的编队可使鸟的活动范围增加71%。[4]
  • Willis et al.’s （2007）：他们试图研究飞行中相邻两只鸟之间的位置和翅膀拍打相位与所节省能量的关系。结果显示，每只鸟的最佳拍打可以节省高达20%的能量。

参考文献[编辑]

  1. ^ 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 WaldronJan. 15, Patricia. Why Birds Fly in a V Formation. Science | AAAS. 2014-01-15 [2021-03-14]. （原始内容存档于2021-05-15） （英语）. 
  2. ^ USA Today: "Why birds fly in a V-formation" by Traci Watson （页面存档备份，存于互联网档案馆） January 15, 2014
  3. ^ Fly like a bird: The V formation finally explained. BBC News. 2014-01-16 [2021-03-14]. （原始内容存档于2022-08-03） （英国英语）. 
  4. ^ 4.0 4.1 Lissaman, P.B.S. & Shollenberger, C.A. (1970). Formation flight of birds. Science 168(3934): 1003–1005 （页面存档备份，存于互联网档案馆） (same on JSTOR （页面存档备份，存于互联网档案馆）)
  5. ^ Why do geese fly in a V?. Library of Congress, Washington, D.C. 20540 USA. [2021-03-14]. 
  6. ^ 6.0 6.1 Birds That Fly in a V Formation Use An Amazing Trick. Science. 2014-01-15 [2021-03-14]. （原始内容存档于2022-07-06） （英语）. 
  7. ^ Oxford Dictionary: Skein. [6 January 2019]. （原始内容存档于2019-04-13）. 
  8. ^ 8.0 8.1 NASA - Dryden Flight Research Center - News Room: News Releases: NASA'S AUTONOMOUS FORMATION FLIGHT: FOLLOW THE LEADER AND SAVE FUEL. www.nasa.gov. [2021-03-14]. （原始内容存档于2022-05-18） （英语）. 
  9. ^ Drinnon, Roger. "'Vortex surfing' could be revolutionary." （页面存档备份，存于互联网档案馆） Air Mobility Command, 10 October 2012.
  10. ^ Warwick, Graham. "C-17 s Go Surfing, to Save Fuel."[失效链接] Aviation Week, 12 October 2012.
  11. ^ Howard Slutsken. Why passenger jets could soon be flying in formation. CNN. [2021-03-14]. （原始内容存档于2021-11-13） （英语）. 
  12. ^ Newton, Ian, Migratory flight, The Migration Ecology of Birds (Elsevier), 2007: 45–66 [2021-03-14], ISBN 978-0-12-517367-4, doi:10.1016/b978-012517367-4.50003-6, （原始内容存档于2018-06-24） （英语） 
  13. ^ 13.0 13.1 Bajec, Iztok Lebar; Heppner, Frank H. Organized flight in birds. Animal Behaviour. October 2009, 78 (4): 777–789 [2022-05-18]. doi:10.1016/j.anbehav.2009.07.007. （原始内容存档于2013-01-12）. 

参考书目[编辑]

  • Holmes, Tony. Spitfire vs Bf 109: Battle of Britain. Oxford, UK/ New York: Osprey, 2007. ISBN 1-84603-190-7ISBN 1-84603-190-7.
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