水翼船是一種高速船。這種船身底部有支架,裝有水翼。當(dāng)船的速度逐漸增加,水翼提供的浮力會(huì)把船身抬離水面(稱為水翼飛航或水翼航行),從而減少水的阻力,增加航行速度。
野鴨是水鳥(niǎo)的典型代表,具有很強(qiáng)的飛行能力。那么,野鴨與水翼船之間會(huì)有什么聯(lián)系呢?
董淑亮,中國(guó)科普作家協(xié)會(huì)會(huì)員、江蘇省首席科技傳播專(zhuān)家、江蘇省十大科技傳播人物。出版《童話里的科學(xué)》《神奇的動(dòng)物》《發(fā)明改變世界》《長(zhǎng)翅膀的“偵察兵”》《四季科學(xué)童話》等科普專(zhuān)著100部,曾獲冰心兒童圖書(shū)獎(jiǎng)、共青團(tuán)中央“五個(gè)一”工程獎(jiǎng)、江蘇省優(yōu)秀科普作品獎(jiǎng)等。
野鴨是綠頭鴨的俗稱,在我國(guó)很常見(jiàn)。它們喜歡成群地活動(dòng)或棲息,水生植物繁盛的淡水河流、湖泊和沼澤都是它們的家園。這種鳥(niǎo)兒看上去很平常,其實(shí)與其他水鳥(niǎo)相比,它們?cè)诼L(zhǎng)的進(jìn)化中有了許多與眾不同之處。
與眾不同的羽毛
野鴨有一身寶貴的羽毛。野鴨的羽毛不沾水,質(zhì)地輕柔、保暖性能好,即使在極冷的冬天,野鴨照樣潛水,一點(diǎn)兒也不覺(jué)得寒冷。因此,人類(lèi)用鴨絨制作了鴨絨服,具有良好的隔熱、保暖等效果,是人們喜愛(ài)的冬季保暖服裝之一。
野鴨起飛的本領(lǐng)十分獨(dú)特。它們天生膽小,警惕性高,一旦有陌生人或畜、獸接近,就會(huì)立即驚叫,猛然起飛,向著高處拼命逃竄,起飛那一瞬間爆發(fā)的力量令人類(lèi)十分驚訝。更不可思議的是,野鴨不僅能從陸地起飛,還能從水面直接飛起,而且不像麻雀那樣飛幾百米就要停歇,它可以長(zhǎng)距離飛翔,練就了秋天南遷越冬的本領(lǐng)。
隱藏在足蹼里的秘密
仿生學(xué)家經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期觀察,一個(gè)有趣的問(wèn)題引起了他們的關(guān)注:在水中游泳的野鴨為什么會(huì)游得快、起飛得快呢?原來(lái),野鴨的腳趾間有蹼,它是靠足蹼的作用飛離水面的。足蹼是它飛離水面的最得力工具。
野鴨在飛離水面之前,總是將帶蹼的雙腳先向后伸,與水流形成一定的角度后,再展開(kāi)兩個(gè)翅膀劇烈地?fù)鋭?dòng),產(chǎn)生了一定的水平速度。它的雙腳在滑行的過(guò)程中,還產(chǎn)生了一種巨大的升力,這種升力一旦超過(guò)了它的體重時(shí),它就立即飛離水面,騰空而起。
于是,艦船設(shè)計(jì)師模仿野鴨帶蹼的雙腳,設(shè)計(jì)制造了一艘?guī)С岚虻拇泶?。這種船在水中前進(jìn)時(shí)所產(chǎn)生的升力,比在空氣中受到的升力要大800倍左右。水翼船最大的優(yōu)點(diǎn)就是速度快、吃水淺、阻力小,所以它在水中的航速特別快,被美譽(yù)為“長(zhǎng)翅膀的船”。
水翼船的成長(zhǎng)史
最初,仿生學(xué)家受野鴨的啟發(fā),產(chǎn)生了制造水翼船的靈感,并發(fā)表了一些關(guān)于水翼原理的文章。1908年,電話的發(fā)明者貝爾認(rèn)為,水翼船的發(fā)明會(huì)是一項(xiàng)很有前景的偉大構(gòu)想。他經(jīng)過(guò)一番努力,畫(huà)出了水翼船的草圖,然后與他人合作進(jìn)行關(guān)于水翼船的實(shí)驗(yàn)。1910年,貝爾建造的水翼船達(dá)到了每小時(shí)87千米的速度。在美國(guó)海軍的支持下,他們經(jīng)過(guò)技術(shù)攻關(guān),改進(jìn)了發(fā)動(dòng)機(jī)的功率,在1919年9月創(chuàng)下時(shí)速114千米的紀(jì)錄。
現(xiàn)在,水翼船大多不超過(guò)1000噸,并以近海航行為主,與其他高速艦艇技術(shù)相比,水翼船(主要是全浸型)的主要優(yōu)點(diǎn)是能夠在較為惡劣的海情下航行,船身的顛簸較少,而且高速航行時(shí)所產(chǎn)生的興波阻力較小,對(duì)岸邊的影響較低。作為一種水上工具,水翼船至今仍然活躍在水面上。