翼龙的体重与飞行原理研究

王宇航

【摘 要】大型翼龙的体型和飞行力学之间的关系在上世纪受到了相当大的研究关注，但是却因为翼龙生物学和飞行能力对此问题的阐述的争议悬而未决。古生物学家认为目前为止发现最大的飞行生物——风神翼龙的体重为70-300kg之间，那么，风神翼龙能长到300kg这么胖吗？从飞行理论的角度上看，完全是可以的。另外再从生物学角度来分析，可能也是可行的。

【关键词】古生物 飞行动物 风神翼龙 生物学

1 有翼物体为什么会飞

有翼物体（火箭和导弹除外）飞行的原理基本就是以翅膀为载体，靠速度换升力。最常见的例子就是风筝和纸飞机。飞行理论依据主要是伯努利原理和牛顿第三定律。

以飞机为例，对飞机整机做受力分析可以看出，飞机受到四个外力的作用，分别是向上的升力，乡下的重力，向前的推力和向后的阻力。从受力分析可知，只有当升力大于等于重力的时候，才能保证飞机不会掉下来。升力主要是由机翼提供。

升力主要来源于两方面。第一，气流在翼型前缘点被分为上下两部分，最后在翼型后缘汇合。但因翼型上下表面形状不对称，气流沿翼型上表面运动的距离长，自然流速快，根据伯努利定理，速度快的气压小，这样就形成下翼面压强大于上翼面压强，从而产生升力。如下图1所示。

不过，这个理论肯定不是物体飞行的唯一解释。这个理论的一个错误在于，认为“机翼上下表面不对称”是升力之源。然而上下对称的机翼并不罕见，最常见的例子就是纸飞机，纸飞机在滑翔过程中一样可以产生升力。此外，现代飞机广泛采用的超临界翼型，出于减阻目的，其下表面的长度实际上是比上表面长度还长的。同时，这个理论也完全无法解释战斗机是如何倒飞的。

第二就是来源于空气对翼型下翼面的反作用力，就像打水漂一样，石子在快速滑过水面时，会排开水体从而获得反向的作用力重新离开水体，飞机在飞行时不断向下推开空气，从而依靠反作用力获取升力。如下图2所示。

这个理论的显著错误在于，它认为产生升力的主要是机翼下表面，机翼上表面的贡献可以忽略。这也就引申出一个结论：机翼下表面不变，则上表面的形状改变不会导致升力改变——这显然是不对的。一个典型的例子是扰流板，当机翼上表面的扰流板打开时，下表面毫无变化，上表面可以说形状改变不大，但是結果却非常显著——某些飞机着陆时仅打开扰流板就可以减少一半以上的升力。

所以，物体飞行的条件是，至少这两种力在为提供升力做贡献。

2 风神翼龙的起飞的身体条件

300kg的翼龙，他的翼载负荷大概在600牛顿每平方米左右。扑翼时最大会受到两倍重力过载，翼面积至少要90平方米以上。单翼面积约为45平方米。风神翼龙飞行形象估计为为4米的体长，13米多的翼展，3米多的翼宽，翅膀振幅3米，以滑翔为主。这个和生物学家发现的风神翼龙化石十分类似。

所以，从理论上讲，300kg体重的翼龙是能飞的。

3 食物来源

300kg的体重在休息状态下，一天大概需要8000大卡，差不多也就是吃下十斤牛肉。这些食物来源在远古时期的环境下获取，应该不算困难。因为当时地球上还有很多体重超过50kg的大型哺乳类动物和鱼类。

综上所述，从飞行、食物和身体结构方面考虑，风神翼龙的体重可以达到300kg。

参考文献：

[1]D.F.安德森.《认识飞行（第2版）》[J].航空工业出版社，2011年第1版.

[2]马丁西蒙思.《模型飞机空气动力学》[J].航空工业出版社，2007年6月第一版.