鸟类初级飞羽微观结构与飞行性能相关性的初步研究

论文摘要

飞羽是鸟类扑翼飞行的关键器官,飞羽的非对称性、几何形状与空气动力学性能的关系以及髓质的力学性能等已经被初步揭示,但是仍然不能够解释鸟类优异的起降性能和飞行能力。本文对9目29种不同体重、不同飞行高度的鸟类的第一枚初级飞羽内(甲羽)和羽轴髓质的微观结构进行了观察和结构参数的测量。结果显示:1.羽小枝形成的(甲羽)面为半透气结构,有钩羽小枝基柄背侧与(甲羽)面角度较大,翅膀上扬时空气可以从基柄间隙通过(甲羽)面,从而减轻上扬动作能耗;无钩羽小枝基柄高度扭曲,与(甲羽)面平行,且呈覆瓦状排列,在翅膀下扑时空气不能通过(甲羽)面,从而有利于产生推力和升力。2.羽枝轴腹缘卷曲在相邻的羽枝之间形成开放、半开放或封闭的、渐缩的管状结构,翅膀下扑时,空气从羽枝基本进入管状结构后发生转向和加速,从管道末端喷出,从而使羽毛获得一个较大的向前推力。这种管状结构对鸟类的起降和飞行起着关键作用。3.管状结构内表面为非光滑表面,摩擦作用影响气流喷出的动量,不同鸟类在管的结构上采用不同的策略以适应获得动力的需要,包括不同的长度、内径和不同的封闭程度等。4.髓质空泡状结构是将羽轴载荷分配到整根羽轴的重要结构,对羽轴弹性的也有一定的贡献,同时也是羽轴保持力学性能情况下减轻重量的关键结构。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 鸟类身体结构与扑翼飞行
• 1.1.1 运动、神经系统对扑翼飞行的适应性
• 1.1.2 羽毛对扑翼飞行的适应性
• 1.2 本研究的意义
• 2 材料和方法
• 2.1 材料及其处理
• 2.2 形态学观察及结构参数的测量
• 2.2.1 羽枝间距及羽枝与羽干夹角
• 2.2.2 羽小枝间距及羽小枝与羽枝轴的夹角
• 2.2.3 内翈羽小枝形态学观察及结构参数的测量
• 2.2.4 内翈腹面形态的观察与测量
• 2.2.5 羽枝轴腹缘卷曲结构功能的实际测试
• 2.2.6 羽轴髓质部分结构
• 3 结果
• 3.1 初级飞羽内翈微观结构
• 3.1.1 羽枝的结构
• 3.1.2 羽小枝的结构
• 3.1.3 羽枝轴腹缘卷曲的动力学意义
• 3.1.4 飞羽羽轴髓质结构
• 3.2 飞羽内翈结构参数与飞行性能的关系
• 3.2.1 羽枝平均间距与体重之间的关系
• 3.2.2 羽小枝平均间距与体重的关系
• 3.3 飞羽内翈结构
• 3.3.1 羽枝轴腹缘卷曲结构的面积与翈面积的关系
• 3.3.2 羽枝轴腹缘卷曲结构的面积与体重的关系
• 3.3.3 羽枝轴腹缘卷曲结构的面积与羽枝平均间距的关系
• 3.3.4 羽枝轴腹缘卷曲结构的面积与羽小枝平均间距的关系
• 3.4 飞羽羽轴髓质的结构分析
• 4 讨论
• 4.1 飞羽内翈羽小枝的空间排列格局的空气动力学意义
• 4.2 羽枝轴腹缘卷曲结构的空气动力学意义
• 4.3 飞羽羽轴髓质结构与压力再分配
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢