巴布亚企鹅是世界上游泳速度最快的鸟类。凭借它们光滑的翅膀，这些鸟类在觅食时可以达到每小时 22 英里的速度。如今，根据发表在《流体物理学》杂志上的一项新研究，研究人员已经了解了它们卓越游泳能力的机制，并发现这都取决于翅膀的角度。
通过观察企鹅在水下的运动和鳍状肢的姿势，研究人员可以利用这些发现来设计成本较低的水下航行器，而无需高昂的实验或计算成本。
“企鹅卓越的游泳能力，包括启动/刹车、加速/减速以及快速转弯，都归功于它们自由摆动的翅膀。它们使企鹅能够在水中推进、机动并在陆地上保持平衡，”该研究的作者、泰国国际航空工业学院工程师 Prasert Prapamonthon 在一份新闻稿中说。“我们的研究团队总是对自然界中那些对人类有益的复杂生物感到好奇。”
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企鹅在水下的灵活性
据估计，企鹅在 6000 多万年前失去了飞行能力，转而进化出了高度特化的水下运动翅膀。它们在水下使用翅膀，就像在空中飞行一样，通过扇动和优雅地操纵翅膀来帮助它们捕食猎物并逃避危险。
当巴布亚企鹅转弯时，它们的腹部朝向转弯的内侧，这与飞机和飞鸟的运动方式相反。在动力转弯时，企鹅会扇动翅膀；而在滑行转弯时，它们会将翅膀保持在身体两侧。
虽然它们的翅膀可能类似于覆盖着羽毛的飞机机翼，但企鹅的翅膀与其飞行同类相比，更短、更平。为了在水中调整游泳姿势，企鹅通过俯仰和拍打翅膀来改变翅膀的角度。翅膀上短而密的羽毛能够将空气滞留在皮肤和水之间，从而在它们高速前进时减少摩擦和湍流。
将物理学应用于拍打翅膀
为了理解它们流畅潜水的物理原理，科学家们使用了企鹅前向游动的视频和对它们运动的二维侧视图运动分析。研究人员还创建了一个水动力模型，模拟了鸟类翅膀的受力和流动。
Prapamonthon 在新闻稿中说：“我们提出了推力角的概念，它解释了有鳍的翅膀为什么会产生推力：推力主要由迎角和翅膀相对于前进方向的相对角度决定。”“推力角是研究拍打运动产生推力机制的一个重要概念，将有助于设计机械翅膀的运动。”
研究人员表示，迎角是翅膀的角度以及水流的入射角。迎角越大，产生的水中升力就越大。
在下一项研究中，该团队计划使用更逼真的三维企鹅模型，进一步观察企鹅在开始游泳、刹车、转弯以及入水和出水时翅膀在水中的运动情况。
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