向马拉松式飞行能手学习
信天翁是一种非常大的海鸟，其中漂泊信天翁是最大的信天翁，平均翼展3.1米，是现存鸟类中翼展最大的。它一次迁徙能飞16000公里。人们不禁要问：为什么信天翁能完成这么长距离的飞行？
原来，巨大的翼展赋予了它在风中滑行的能力，它的飞行轨迹就像过山车路线一样，它在空中反复上下攀爬——这种飞行技巧被称为“动力飞行”。在这种情况下，鸟类只需张开翅膀就可以在空中停留。
由于信天翁生活在未知的北冰洋附近，人们很难到达那里，但是，理解这一地区的气候变化也很重要。有了可以利用风力的机器人，它们可以实时监控和获取比现在更密集的数据。因此，科学家利用机器人开始研究信天翁，希望从中学习最佳的长途飞行模式。
02模拟信天翁的飞行模式
英国著名物理学家莱利勋爵是第一个用数学模型描述飞行效率的人。他预测信天翁会以180度半圈的方式飞出一系列弧形路径，因为它们需要逆风爬升，然后潜入较低的风层以获得飞行的动力。即使在今天，这也是一种常见的解释。
但最近，麻省理工学院的科学家们开发了一种新的模型来模拟功率飙升，但得出了不同的结论。研究小组首先对风场进行了建模，并绘制了一个相对简单的方程。由于高度不同，风速不同，所以会形成不同的层。所以他们特别注意慢风和快风层之间的距离，也就是说剪切层的厚度。
然后他们用一个三维模型来表示信天翁或滑翔机的飞行，他们发现在较薄的剪切层中，鸟类只需要较少的风来保持飞行。换句话说，慢风层和快风层越近，信天翁在空中停留所需的能量就越少。
信天翁首先飞到大风层，在风的帮助下滑翔，重力会把它压低。当它落入风速相对适中的慢风区时，它会调整身体，以惯性向上爬升，再次进入快风区，然后进行下一个飞行周期。研究人员的模拟发现，如果上述曲线形成的弧较浅，则效率会更高。虽然半圆弧下落时飞行速度较快，但上升时爬升难度较大。为了节约能源，最好采用浅弧轨迹。
研究小组计算出最节能的飞行轨迹是在非常浅的弧线上飞行。为了确定模拟结果是否符合实际，他们将模拟结果与GPS记录器记录的信天翁飞行轨迹进行了比较。记录显示，这些鸟的飞行轨迹平均约为60度，呈浅弧度，比大多数科学家认为的180度要浅得多。
因此，设计师用这一原理设计出了一种能利用风能飞行的“飞行机器人”，这种设计不仅有利于提高机器人的飞行速度，而且有利于机器人沿浅弧运动时能量的有效获取。
03翅膀的颜色也很关键
另一方面，新墨西哥州州立大学的一个航空航天工程师团队在试图改进无人机设计时，无意中发现像信天翁这样的大型海鸟翅膀上方大多是黑色羽毛，而翅膀下方则是白色羽毛。科学家认为，这样的选择一定是有道理的。
事实上，研究黑白翅膀颜色的科学家以前就注意到了。但鸟类学家认为，这种颜色图案是一种伪装，白色可以更好地与天空融为一体，这就减少了地面食肉动物发现这些飞鸟的机会。但是研究小组怀疑事情并不是那么简单，他们推测这种颜色模式可能也有利于海鸟滑行。
所以他们研究了太阳的颜色和机翼表面是如何相互作用的。结果表明，黑色上翼比白色上翼更能吸收太阳光。实际上，黑色的翅膀上翼和白色翅膀下翼的温差高达10℃。温度越高，空气流速越快，因此压力越小。所以有一个额外的上升力。这将减少能源消耗，使他们有更好的飞行耐力，尤其是当他们飞行了很长的距离。
在无人机上的实验表明，黑色实际上可以降低飞行阻力，这种颜色的配置更适合无人机，因为如果无人机的尺寸更接近候鸟。那么这意味着能更少的减少能量损耗，这也意味着电池的续航时间更长，这使得无人机可以更长时间不间断地执行任务，几乎可以像信天翁一样可以轻松地在地球的两端飞行。
两个小组的研究结果都可能对无人机的未来产生重大影响。我们相信，在不久的将来，我们将看到风电无人机能够在世界偏远地区为我们执行长期远程的监测任务，甚至可以超越信天翁。
