信鸽高速飞行解析   文/贾琨 宋俊平    如果按照能量转换计算，信鸽一次连续飞行的极限为300公里。那么这300公里的飞行路程便可使信鸽达到体能的运动极限，飞行速度下降，部分信鸽将因体能耗尽而无法归巢。在500公里以上的比赛中，有些信鸽当日归巢并且分速超过1500米的事实说明，信鸽在归巢飞行途中必定依赖了某种特殊飞行方式，在降低能量消耗的同时实现了高速飞行。     为此笔者参阅了大量飞行文献资料，通过对比观察信鸽归巢时的飞行方式，分析了信鸽高速飞行及与之相适应的特点，望众鸽友分享。                              飞行资料与理论   １. 人工飞行器滑翔伞借助上升气流升高，然后利用重心引力滑翔，不仅可达到较高的飞行速度，而且可实现远距离飞行。滑翔机也借助上升气流飞行，不同的是滑翔机必须达到“续航速度”才能保持稳定飞行。滑翔伞与滑翔机都没有机械动力，但合理利用了上升气流与重力作用，便可实现远距离快速飞行。信鸽能在身体运动极限内实现远距离高速飞行，必定也借助了上升气流和重力作用。      2、高速/低能量消耗的飞行方式——波浪式飞行美国劳伦斯-利弗莫尔实验室设计的超高飞行飞机，先把飞机上升到4万米高空，然后关闭引擎，借助重心引力高速滑翔，当降低到大气密度较高的大气层高度时，飞机会像石头在水面上打水漂一样弹射起来，飞行员便启动引擎向上飞行，然后再次下降。采用该飞行方式，飞机可达到12倍音速的速度，同比燃料消耗降低60%以上。实践证明，这种上下波浪式飞行是降低能量消耗而实现高速飞行的最佳飞行方式。      采用上下波浪式飞行，由向下滑翔转为向上飞行时，飞机会受到巨大压力。力的作用点集中在飞机前部边缘和尾部边缘。该部位撞击空气得到反作用力，使飞行方向发生改变，间接地完成了转向，然后飞行员只需提高飞行高度，等下次下降飞行即可。为避免反作用力造成的飞机损坏，科学家对飞机的外型进行了仿生改造。该飞机的前部尖，翼部短厚，尾翼小，前部与中部的衔接处加宽加厚，椭圆形高强度构造，不但可减少飞行阻力和反作用力对飞行器的损坏，而且可增大与空气的接触面积，使飞机得到充足向上的反作用力。      3、加速度对生物机能的影响      高速运动时，速度或方向一旦改变，便有加速度产生。加速度的改变会使生物的身体功能产生不适应。当加速度加大时，血液流动方向会向末端流动，导致脑部缺氧并且身体器官受到巨大压力，使其损伤或功能下降。例如，加速度会挤压体内呼吸器官使之体积变小，使呼吸功能下降，导致机体缺氧，而且血液中的液体成分会渗出血管，使循环血不足，加重组织器官的缺氧。因此，在信鸽归巢后呈现出眼部、喉部充血皆与不适应加速度变化有关。      超音速飞机驾驶员克服加速度的适应性训练方法有两个：其一是控制呼吸，减缓空气由肺部向外的扩散速度，维持肺部的呼吸功能；其二是绷紧肌肉，减缓血液向身体下部流动的速度，防止脑部缺氧。但自身的生理基础在其中起着决定性作用，即使经过培训，还是有人不能克服加速度的影响。                              对信鸽飞行的观察      笔者通过多年细致观察归巢途中的信鸽发现，大部分信鸽在飞行途中靠不断扇动翅膀保持较低的飞行高度（50米左右）向前飞行，而个别信鸽呈忽高（300米以上）忽低（30米左右）的波浪式飞行，并且这些信鸽通常单飞于鸽群的前列，飞行速度较快。      在观察中还发现，飞行速度特别快的信鸽，归巢时常从高空俯冲下降，像空中落下的石头，落地平稳，具有良好的协调性。                          信鸽对高速飞行的适应性采用上下波浪式飞行，能提高信鸽的飞行速度。但信鸽要实现高速飞行，还必须具有较高的飞行效率，减少能量的无功消耗，并克服高速飞行中的种种困难，如：加速度变化，高空的强气流、低温、低氧等。      1. 飞行动力的适应      信鸽的主羽产生向上和向前动力的作用，副羽和尾羽主要起平衡和转向作用（阻力作用）。信鸽在扇动翅膀时，向上举翅时是做无用功，向下扇动时产生动力。要提高飞行效率，主羽与副羽间要有较大的阶差（主羽长、副羽短），向上扇动时阻力应小，向下扇动时产生的动力大，像“百叶窗”般层叠形态的主羽，在向上举翅时遇到的阻力小，向下扇动时产生的动力就大，是理想的主羽形态。实际观察可发现，主羽大条的外端间距越大，越有利于在受力作用时形成类似“百叶窗”般的弧度。      翅膀短而厚且后掠，可降低前进中的空气阻力，提高飞行速度。对于优秀信鸽而言，则肱骨要短厚，飞行时翅膀与身体的夹角要小。大条内弯的可减小翅膀与身体夹角，有利于减少空气阻力。翅膀应与身体协调，短而厚的翅膀，主羽大条也相应的短而宽。      2、体态适应      当信鸽由高速下降滑翔转为向上飞行时，加速度发生改变，身体会受到空气巨大的作用力，并借助该作用力实现向上飞行。转向飞行时，信鸽的嘴、脖、胸部以及腰、尾应形成一定的弧度，闭合且细长的嘴喙可减小阻力，粗壮的脖子与较宽的前胸形成大的接触面积可产生比较大的上升浮力。龙骨前端稍弯曲，不但可增加接触面积，更可起到支撑保护前胸的作用，使信鸽在得到最大浮力的同时又避免受到损伤。龙骨与耻骨衔接较平，附着肌肉后，可与上部稍驼的背部形成“机翼”动力模型，利于上升飞行。在空中转向过程中，尾部受作用力最大，容易使固定尾羽的尾椎肌肉损伤，影响生殖机能。尾羽表面积小，可承受较大的空气阻力。而健壮丰满的腰肌，可间接减小尾羽的作用力，即使在转向时尾羽张开也不会被折断，却可产生较大的反作用力，迅速完成转向飞行，提高飞行速度。       3、高空气流的适应性      上升气流的强度随着高度增加而增加。但上升气流具有不稳定性，在上升气流附近常伴随着强的下降气流。在强对流天气，上升/下降气流的平均速度可达到50米/秒，足以将信鸽在短时间内托升到1000米的高空或迫使信鸽由高空突然降落，导致信鸽翅膀折损。气流对信鸽翅膀产生的作用力，与信鸽翅膀与身体形成的表面积成正比。      翅膀表面积小的信鸽，借助上升气流则必须达到更高的高度。由于气流对翅膀产生作用力相对小，不容易损伤，适应高空飞行。由于翅膀产生的动力小，它们能以较高的频率扇动翅膀。但由于肌肉运动频率高，血液中酸性代谢物浓度相对较高，容易疲劳，不适于长时间连续飞行。调查统计发现，中短程快速鸽的翅膀的表面积都较小，特别是副羽要短。翅膀形态对信鸽的飞行高度与速度，以及连续飞行的影响是显而易见的。      4、低温与低氧的适应性      信鸽高速飞行时，产生热量较多，只有充分散热，才能保持恒定的体温，实现持续高速飞行。晴朗天气，上升气流较多，高空气温虽低，却可促进信鸽体内热量的散失，有利于信鸽高速飞行。阴雨低温天气，上升气流少，高空温度更低，加速信鸽在飞行中的能量消耗，易导致信鸽能量消耗过快而无法继续飞行。紧而细密的羽毛具有良好的绝热性能，可有效控制身体热量的散失，这就是许多鸽友已把羽毛品质作为建立信鸽品系的参考因素。      海拔越高，空气中含氧比率越低，要求信鸽呼吸功能必须强。高速飞行的信鸽嘴喙紧闭，上颚是空气进入口腔的惟一通道，故飞行时信鸽的腭裂是打开的。气囊是信鸽体内的氧代谢器官，发达气囊使信鸽体态轻盈，身体像充气的轮胎。具有发达的气囊的信鸽必须有强壮的骨骼做支撑和保护，才能使信鸽不容易损伤。      5、加速度变化的适应性      信鸽转向飞行时，短时间内信鸽的体内器官要承受约3倍以上重力加速度。部分信鸽归巢后，喉咙充血、眼房水浑浊、眼砂变淡等现象都是不适应加速度变化造成的。健壮发达肌肉的信鸽，能适时绷紧肌肉，减缓血液向身体下部流动的速度，防止脑部缺氧。而及时关闭上颚，可防止空气向外的扩散，维持基本的呼吸代谢功能。虽然通过训放和比赛，可提高信鸽对加速度的适应性，但信鸽身体器官的生理功能70%以上是来自遗传。                              总结及应用      1. 高速信鸽的特征：脖粗胸宽尾短，气囊发达，肌肉健壮，腭裂能开能闭，龙骨粗而且前弯后收与耻骨衔接良好，翅膀短厚面积小，主羽与副羽阶差大，“百叶窗”主羽可高速，大条外端间距宽则更优。      2. 心肺功能的遗传率在80%以上。信鸽选种时，不仅要选择具有高速飞行特征或经历的信鸽，还应考虑血统遗传，选择优良血统的种鸽，并及时淘汰体质退化的后代。      3. 平时注重对信鸽归巢时飞行方式的观察，重用高飞且高降落姿态稳的信鸽。      4. 参加比赛应考虑天气因素，选择适合赛程的信鸽，减少丢失，提高得奖率。                                      （ 续）   文/贾琨 宋俊平    笔者曾在《科学养鸽》杂志2006年第1期论述了信鸽在飞行过程中采用滑翔方式,使之在保持高速飞行的同时降低体能消耗，实现长时间连续飞行，本文着重论述高速滑翔之相关特点与受到的影响。有关研究和试验表明：信鸽滑翔的效率与其身体的重心位置和外形有着直接的关系。根据流体力学原理，空气对运动物体的阻力随速度而变化，速度越高阻力越大。当气体与物体某一面相摩擦时，阻力与速度的平方成正比。美国科学家研究还发现，空气中快速运动的物体至少有3个面在移动中与空气接触发生摩擦，但对各个接触面的影响却不尽相同。根据推断总阻力将是速度的二次方。显然当信鸽的速度变为原来的2倍时，空气阻力将增大到原来的4倍以上。信鸽的飞行速度有其最终的极限，这不能只单纯地从肌肉强度和运动持续时间上去解释，也应具体地从体形和羽毛表面摩擦力的问题上去解释。1 空气动力学试验    风洞实验和计算机仿真空气动力学模型的模拟试验发现，当飞行体的体积、重量、初始飞行速度相同的前提下，重心位置适当靠后将有利于提升飞行体的滑翔性能。在养鸽实践中，我们也认为好的信鸽必有很好的上浮力，具有轻、飘、浮的手感。笔者曾做过多次试验——两只体重相同、外形不同的信鸽上手鉴别，却感觉到重量有着明显的不同。究其原因，是我们感觉信鸽的重心位置不同。重心靠前者手感偏重，重心靠后者手感偏轻。2  信鸽外形与滑翔的基本调查    计算机仿真试验还发现，当飞行体的体积、重量、初始飞行速度相同的前提下，前端直径粗、后端直径细的飞行体持续滑翔的时间更长。所以鸽友们选择前胸宽、后身窄的信鸽有其科学道理，它与信鸽的连续飞行时间、适飞空距有很大的关系。笔者对不同空距获奖鸽进行大量考察后发现，300公里以内的短距离快速飞行的信鸽却是前胸并不宽；而500公里以上空距比赛中当日归巢（尤其在恶劣天气）的获奖鸽，前胸宽厚者非常多。前胸的宽窄与信鸽能连续飞行时间有关，能持续飞行时间长的信鸽，必有着很好的滑翔能力。3 信鸽体形与风阻系数Cw的理论分析    信鸽飞行中受到的空气阻力，以压力体现并矢量递加而产生力的作用。前进方向的垂直作用表面小、接触面光滑，就能有效降低前进的空气阻力。观察信鸽的快速飞行高速相片可以看到，信鸽从嘴、脖子直到前胸形成一个平缓，并缓慢变粗的结构能最有效地降低空气阻力。有经验的赛鸽家挑选赛鸽时，对信鸽的嘴、脖子以及脖子与前胸的过渡有较高的要求。具有较平的龙骨和突起背部的信鸽大多具有连续长时间快速飞行的能力，已成为大多数鸽友的共识。    实验分析表明：信鸽以70公里/小时的速度“主动飞行”时，有80%的能量消耗在克服空气阻力上，而滑翔式“被动飞行”是“主动飞行”的替代方式，能有效防止能量的大量消耗。信鸽受到的空气阻力与风阻系数Cw紧密相关，风阻系数的值越小，其流线型体形越标准，则使信鸽在消耗能量（主动飞行作用力）的情况下，获得更高的速度。    一般情况下，垂直平面体的风阻系数为1.0以上，球体的风阻系数为0.5左右；飞禽的风阻系数大多介于0.1-0.2之间，飞机风阻系数为0.08，雨滴0.05的风阻系数为目前已知的最低数。在不记重力的情况下，快速移动物体的外形越接近雨滴形状，则风阻系数也最小。       雨滴的流线型外形           不计重力影响时，飞行体最佳流线型外形    考虑到重力的影响，飞行体需在飞行过程中依靠体型变化产生上升力。而物理学和空气动力学分析的结果是：下部接触面的空气流动速度必须尽可能的快，使其形成的压力高于上部空气接触面受到的压力，这就综合形成了上升力。与前进方向平行的平面型接触面受到的空气的阻力最小，其运动速度也最快。所以上部接触面为流线型，下部为平面型的物体在空气中移动时，不仅风阻系数小而且获得的升力也最高。人类在研究鸟类的飞行过程中也从中得到了相应的启示，因此在制造的飞机时在机翼和机身的开关就采用了该原理。 能获得上升力的流线型运动体模型             鸟类高速飞行时的运动躯体模型    流线型的体形使信鸽在飞行中能克服重力的影响，在滑翔时能在同一高度缓慢降低飞行速度而前进；而降低飞行高度后，信鸽的飞行速度将有可能再度加快。信鸽只需保持飞行高度，提供前进的基本动力即可实现不断的飞行。所以说，良好的流线型体形是决定信鸽滑翔能力高低的首要因素。4 羽毛表面摩擦力与风阻系数Cw的分析    雨滴由于表面张力的原因，外表非常光滑，其摩擦系数也极低，所以能具有极低的风阻系数；飞机与空气的各个接触面也采用了表面处理工艺，所以也能具有较低的风阻系数。但是信鸽的羽毛之间不仅有皱褶，而且还可能因管理和生理原因造成缺条，使身体表面变的粗糙。粗糙的表面不仅增大空气阻力提高风阻系数，还使信鸽在飞行中更容易受到风向的影响。据有关研究，同种鸟类的羽毛摩擦系数的差距在2%左右，风阻系数的差距也在2%左右。因此在能量相同的条件下，按风阻系数相差2%计算，羽毛最光滑（摩擦系数低）的信鸽比其他羽质（摩擦系数高）的信鸽在飞行速度上要快6.248%也就是说当羽质一般的信鸽飞行速度达到1200.000米/分时，而羽质光滑的信鸽将达到1274.979米/分。在500公里比赛时羽质的差距体现为，羽质优良的信鸽可以领先其他羽质的信鸽24分钟归巢。    我们强调信鸽应有丝绒状，光滑的羽毛。但遗传学的研究表明：信鸽的羽毛除了与遗传有关系外，还与健康状况有很大的关系。鸽友也会发现，当某些信鸽羽毛上出现油脂类斑点后羽毛将非常光滑，该信鸽将能达到它比赛的最佳状态，比赛中获奖的概率也极高。5 高度的影响     信鸽在滑翔时须克服重力和空气阻力的影响，还会受到飞行高度的影响。理论上，随着飞行高度（也与司放地的地形有关）的上升，地球的重力加速度将减少，且空气逐渐稀薄空气阻力将随着减小。经测算，高度每提高1000米空气密度将减少16.3%，飞行加速度每秒就能提高0.3厘米，非常有利于信鸽飞行速度的提高。但高原对信鸽的不良反应也相应存在，当高度超过2000米后，空气稀薄气压较低，可能影响某些长期在平原养殖信鸽的有氧代谢，出现所谓的高原反应。由于条件的好坏与制约，在全是高原的比赛中，可能会有较少信鸽获得较高的飞行速度。但在中国若干高原养殖的信鸽，赛线大多选择在平原放飞，而且承受逆风的影响较多，所以目前尚未见到较好的飞行记录。    理论研究表明：在海拔2000米左右的高原，即使不进行任何训练和运动负荷，信鸽的有氧代谢仍要承受一定的负荷。血红蛋白、白细胞、血球容积等将大大增加，肌体耐乳酸能力也会得到相应的提高。若干高原地区的幼鸽，能在低海拔平原地区的公棚获得好成绩的现象也履见不鲜，这可能与种鸽长期养殖有一定的关系。幼鸽具有的高原飞行的秉性，有可能飞得更高，具备更高的滑翔能力储备，能连续飞行的时间也更长。6 遗传对信鸽的影响    据相关信鸽遗传的数据统计分析：信鸽的外形和羽质在育种繁殖时，不可能全部得到上代信鸽优良性状的遗传，杂交育种时体形更加容易发生改变。杂交能使信鸽获得优势，体质更加健壮、生命力更强，但也存在诸多遗传性状改变的不良影响。如何强化信鸽的优良体形和羽质？笔者的建议是，种鸽的适飞距离和赛绩应尽可能相同，最好还要具有相似的特征。至于杂交还是近交，鸽友们应视种鸽的具体情况而具体决定。