蜻蜓，飞行界的王者，科学家研究多年，仍未完全搞清楚蜻蜓的秘密

地球上能够飞行的动物为数众多，而在它们之中，蜻蜓堪称是飞行界的王者，它们在空中的灵活性、稳定性、机动能力……简直可以说是“开挂”一样的存在。

蜻蜓的飞行能力到底高超在哪里呢？首先就悬停。一般的飞行昆虫，比如蚊子、蜜蜂也可以悬停，但都会“晃动”，得靠不停调整翅膀来勉强维持平衡，而蜻蜓的悬停就像是“钉”在空中一样，几乎没有任何“晃动”，即使在有风的情况下，只要风不是太大，它们也可以保持惊人的稳定。

然后就是它们那堪比顶级跑车的瞬间爆发力。一只静止的蜻蜓，可以在不到一秒的时间内，化作一道幻影冲向它的猎物，而在此过程中，它们的瞬间加速度甚至可以高达9个g。

而真正让其他飞行动物望尘莫及的，是它们那匪夷所思的空中机动能力，它们的飞行似乎没有“前方”这个固定的概念，因为它们可以轻而易举地向任何方向飞（包括倒着飞），并且它们在空中的转向可以瞬间完成，而只要它们愿意，甚至还可以在高速飞行时做出近乎90度的直角转弯。

重要的是，蜻蜓的种种“神技”还不是孤立的，它们能将悬停、爆发、急停急转、倒飞等等动作，流畅地衔接在一起，而这也使得蜻蜓成为了已知地球上捕猎成功率最高的掠食者，其成功率可以轻松超过90%（最高可达97%左右），而作为对比，即使是哺乳动物中的顶级倞食者——猫科动物，其捕猎成功率通常都不会超过50%。

那么，蜻蜓的飞行能力为什么会如此高超呢？虽然科学家研究多年，仍未完全搞清楚蜻蜓的秘密，但也不是完全没有收获，下面我们就来了解一下。

要理解蜻蜓的飞行，我们得先从它的“硬件”——翅膀和肌肉说起。在昆虫世界里，飞行肌的驱动方式大概可以分成两种。

其中的一种是间接驱动，比如苍蝇和蜜蜂，它们的飞行肌长在胸腔里，通过挤压胸腔的形变，来带动翅膀大幅度、高频率地振动，这种方式的特点是效率高，能达到极高的振翅频率，发出“嗡嗡”声。

而蜻蜓采用的则是直接驱动方式。它们的每一片翅膀根部，都直接连着好几组独立的肌肉，这意味着，蜻蜓就像装了四台独立的发动机，分别控制着四片翅膀。这种方法使得蜻蜓可以精确控制每一片翅膀的扇动角度、幅度和频率，进而赋予了蜻蜓高超的飞行能力。

例如当它们需要悬停时，前后两对翅膀可以进入一种精妙的“反相”扇动模式，完美抵消前进或后退的力，稳稳地“钉”在空中，而通过让所有翅膀同步运动，它们就能够在指定方向上产生最大化的推力，这能够让它们在空中迅速转向，进而实现精准而高效的急弯。

而当它们需要极速前进时，后翅的扇动会比前翅稍稍提前一点点，空气动力学研究发现，在此过程中，其前翅下压时产生的气流涡旋，正好能被紧随其后的后翅“接住”并加以利用，从而产生更强的推力，也更节省能量。

再看看蜻蜓翅膀的细节。它们的翅膀看起来薄如蝉翼，但放大来看，上面其实布满了复杂的翅脉网络，这些翅脉除了可以提供支撑作用之外，还让蜻蜓的翅膀形成了一种独特的“褶皱”表面。

在很长一段时间里，科学家都觉得这种凹凸不平的表面会增加飞行阻力，是个累赘，直到后来通过风洞实验和计算机模拟才恍然大悟：原来这种褶皱结构，也是蜻蜓飞行的秘密所在。

简单来讲，这些微小褶皱，会在翅膀表面“捕获”一层薄薄的空气，形成一个个微小的、稳定的气流涡旋，它们就像滚珠轴承一样，让上层的主气流能够更顺滑地流过，即便在非常大的迎角下（也就是翅膀抬起的角度很大），也不容易失速，这使得蜻蜓能做出一些匪夷所思的机动动作，比如在高速飞行中突然“刹车”并拉升。

有意思的是，在蜻蜓翅膀的前缘末端，通常会有一个被称为“翼眼”的加厚组织，它能够有效抑制高速飞行中出现的“颤振”。后来，科学家从这一结构中获得灵感，在飞行器的机翼设计中也加入了类似的加厚区域，成功解决了困扰航空界很久的“颤振”问题。

（注：所谓“颤振”，是一种飞行器的机翼在空气动力、弹性力和惯性力等多种因素共同作用下引起一种有害振动，随着飞行速度的增加，其强度也会随之增强，严重时甚至可能导致机翼直接断裂）

讲到这里，你可能会觉得，科学家们已经把蜻蜓研究得差不多了，但实际情况却并非如此。

举个例子，当蜻蜓的翅膀用着复杂的相位差和角度变化进行高速扇动时，其周围产生的气流是极其混乱和不稳定的，例如一片翅膀扇动产生的涡旋，会立刻影响到另一片翅膀，如此一来，蜻蜓在转向、悬停、加速时，每一个瞬间的气流状态都会剧烈变化。

这种“非定常空气动力学”，被认为是目前空气动力学最令人头疼的领域之一。我们设计飞机时，总是希望气流是稳定、可预测的，而蜻蜓，恰恰是驾驭这种混乱气流的大师，它们似乎能够实时“感知”到翅膀表面每一个微小涡旋的变化，并瞬间调整肌肉输出，来利用甚至放大这些涡旋的有利效应，同时抑制它们的负面影响。

蜻蜓是如何感知，又是如何计算并做出反应的？这其中的秘密，科学家至今仍未完全搞清楚，尽管超级计算机可以模拟出某一瞬间的流场，但要完整模拟蜻蜓在复杂机动中，其翅膀与瞬息万变的流场之间的全部互动，依然是一个难以解决的问题。

科学家将其形象的比喻为：当前对于蜻蜓的研究进展，就好比是我们知道一台电脑的硬件构成，也知道它运行着一套很厉害的操作系统，但我们却不清楚这套系统的源代码是怎么写的，它的算法逻辑又是什么。

总而言之，蜻蜓高超的飞行能力，的确配得上“飞行界的王者”这一称号，而它们也因此成为了人类在研究飞行技术时最好的老师。就目前的情况来看，相关的研究仍在进行之中，期待在未来的日子里，我们能够在这位老师那里学到更多，进而大幅提高人类飞行器的飞行能力。