4、空中与水生动物的独特运动方式及设计启示

空中与水生动物的独特运动方式及设计启示

1. 空中动物的水中游泳能力

1.1 水生鸟类的适应特征

水生鸟类在进化过程中形成了独特的身体结构以适应水中生活。例如，潜水海雀（如海鸠、海鸦、角嘴海雀）的翅膀相对于其体型比纯空中飞行的鸟类小，但比完全水生的鸟类（如企鹅）大。为了在水下高效游泳，它们必须部分收回翅膀。而像鸬鹚这样的追捕潜水鸟类，其羽毛更易被水浸湿，这有助于减少浮力。同时，它们通过全蹼足拥有比典型水面游泳海鸟更大的蹼足。

当鸟类试图离开水面时，会面临一些挑战。例如，鲣鸟在波涛汹涌的海面上，往往需要等待水面平静才能起飞。为了弥补在水面上有限的拍打动力，它们会迎风起飞，同时将翅膀高举以产生初始升力，并利用动态翱翔飞行技术，借助水面波浪反射的气流获得高度。

plunge diving（ plunge diving ）行为并不局限于鲣鸟和褐鲣鸟，翠鸟、鹈鹕和一些剪水鹱等鸟类也有类似行为，但程度较弱。这些鸟类潜水深度较浅，剪水鹱在觅食时更依赖翅膀的推进力。

1.2 追捕潜水鸟类

海雀科鸟类，特别是海鸠，在空中和水中的活动能力几乎相当。它们在两种介质中都通过拍打翅膀来移动，并能根据环境动态调整翅膀形态。在空中飞行时，较大的翅膀面积更有利；而在水下拍打时，较小、较短的翅膀更高效。为了最大化效率，海鸠在游泳时会将翅膀变形为高度后掠、低展弦比的构型。

然而，适应水下拍打而采用较小翅膀会导致翼载荷增加。一只普通海鸠重 0.9 千克，翼载荷约为 170N/m²，相比之下，同样质量的褐鲣鸟翼载荷为 55N/m²，0.9 千克的飞鱼预计翼载荷为 100N/m²。高翼载荷会阻碍鸟类的机动性和起飞性能，迫使它们以更高的