我國學者解密風帆翼龍飛行奧秘:利用冠當帆

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KJ1化石,可看到完整的大型脊冠

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帶帆的KJ複原圖

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沒有帆的KJ複原圖

中國古生物學者與航空專家日前披露了一種非常有趣的翼龍飛行方式。這種名爲夜翼龍(Nyctosaurus)利用高聳于頭上的脊冠,充當帆的功用,具有高超的飛行能力。中國地質科學院地質研究所青年學者邢立達與北京航空航天大學的吳江浩副教授爲首的研究小組在近日出版的《地質學報》英文版09年第1期上撰文介紹了該項研究成果。

據中國地質科學院地質研究所翼龍專家呂君昌博士介紹,翼龍是恐龍的近親,是最早飛向藍天的脊椎動物,有時也被誤認爲是「會飛的恐龍」。翼龍最突出的特征是其前肢上極度加長的第四指,該指由長而粗的三、四個指節組成,附著有一張大大的膜,而成爲飛行的翅膀。而一些翼龍的腦袋上長有非常奇特的脊冠。對這些脊冠的作用,古生物學者做過很多研究,目前有著很多假說,比如充當飛行的方向舵、氣動補償、減速板,炫耀展示,調節體溫和性成熟標志等等。不過,這些假說多數停留在理論階段,並未做具體的空氣動力學分析。

「夜翼龍KJ標本是夜翼龍中最爲著名,最爲「詭異」的成員,在最近熱播的《史前公園》中還頻頻現身。KJ標本由翼龍專家班尼特于2003年描述,翼展約3米,它們生活在白垩紀晚期,是美國堪薩斯海上遊蕩的驕傲的『三叉星』。它們都有個極長的骨質脊冠,標本KJ1號,其頭骨及脊冠高達70厘米,標本KJ2號也高達90厘米。這脊冠的長度已經與它的翅膀差不多長。正面看過去,活像奔馳汽車的三叉星徽標,三叉星代表著征服陸海空的願望,KJ也心存此願。而KJ如此巨大的帆狀的巨大脊冠,是不是可以支撐起一張連接有軟組織的的帆,這可以使它很好的飛行嗎?」邢立達說,「我們正是帶著這些疑問進行研究的。」

2007年初,在美國海斯堡州立大學班尼特教授(S.C. Bennett)和中國地科院地質所季強研究員的支持下,邢立達與吳江浩等學者利用夜翼龍KJ新標本,從飛行力學,空氣動力學的角度來討論翼龍類發育誇張脊冠的功用。而與邢立達團隊同時進行研究的還有美國斯坦福大學和美國國家地理翼龍重建項目的強大團隊,而我方團隊也得益于來自中國科技部973項目、中國地質調查局、中航傳媒集團的有力支持。

北京航空航天大學的吳江浩副教授在昆蟲飛行研究上有著深厚的造詣,此次合作研究中,邢立達與吳江浩首先運用3D技術重建夜翼龍KJ1標本,假設其脊冠附著有膜,我們稱之爲頭帆。在低速空氣動力學的範疇下,學者對頭帆可能具有的力學特性進行了分析。當夜翼龍KJ在海風肆虐的堪薩斯海上空飛翔,順風時,它可以如虎添翼,利用龐大的頭帆産生巨大的推力,這個推力幾乎超過其體重的90%!逆風時,它只要調整頭帆角度,亦能獲得分力前進。同時,夜翼龍KJ還可以依靠調整頭帆氣動中心與自身重心的位置來控制推力,這些高超的技藝充分的表明翼龍已經是一類具有高超飛行能力的動物,這也符合近幾年來主流翼龍學者的結論。

「此外,我們還對比了有頭帆的脊冠、無頭帆的脊冠和無脊冠三種模型的氣動特性,結論表明,沒有頭帆的脊冠的推力和力矩特性要比有頭帆的脊冠弱很多,而無脊冠的推力和力矩特性則不存在。所以,我們這個基于空氣動力學的分析得到的結論是,夜翼龍KJ的脊冠很可能附著有膜,它可以利用這一結構的氣動特點輔助飛行。」邢立達介紹道。

對此研究,國際著名古生物專家董枝明教授給予了高度評價:「我們的研究結果表明夜翼龍等後期翼手龍類可能擁有超出我們想象的精確控制及高效的飛行能力!」而著名古生物專家季強研究員也表示:「這是中國第一次運用氣動力學來研究翼龍,而且是中國首次將古生物學與航空學科交叉,具有重要的意義。」

(來源:新浪科技)

 
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