你知道嗎？在所有鳥類中，夜行貓頭鷹的飛行噪聲最低。它在大自然中經(jīng)過千萬年的進化，已經(jīng)形成了獨特的軀體特征和能夠適應(yīng)環(huán)境的靜音飛行本領(lǐng)。即使在萬籟俱靜的夜空背景聲場下，貓頭鷹高速飛行時的噪聲也難以被其獵物察覺。

　　這一現(xiàn)象引起了鳥類學(xué)家、聲學(xué)專家甚至軍事專家的極大興趣。為了解開貓頭鷹靜音飛行的秘密，中國科學(xué)院合肥智能機械研究所孔德義、中國科學(xué)院動物研究所梁愛萍、大連理工大學(xué)褚金、以及中國安防技術(shù)有限公司中央研究院梅濤四人展開了相關(guān)研究。文章發(fā)表在漢斯出版社《應(yīng)用物理》期刊上。

　　貓頭鷹的靜音飛行與其飛行噪音的特性有關(guān)。貓頭鷹可以將絕大部分飛行噪聲能量控制在1600Hz以下的低頻范圍。而其獵物(田鼠等)的聽覺只對頻率在2000Hz以上的聲音敏感，獵物聽不到貓頭鷹的飛行。

　　羽毛也是貓頭鷹靜音飛行的重要因素。貓頭鷹翅膀初級飛羽外緣的梳齒結(jié)構(gòu)可以起到渦流發(fā)生器的作用，將流過翅膀表面的大空氣渦流“過濾”成細碎的小渦流，抑制紊流邊界層噪聲的產(chǎn)生；氣流經(jīng)過翅膀后緣時會發(fā)生渦旋脫落分離，初級飛羽后緣的穗狀須邊可以使脫離過程變得離散，抑制渦流脫離引起的氣動噪聲；覆蓋在貓頭鷹體表的大量松軟絨毛具有吸聲降噪功能，能夠吸收氣流與貓頭鷹身體作用時發(fā)出的聲音，減少聲音反射。貓頭鷹體表羽毛的多級分叉結(jié)構(gòu)(包括絨毛末級分叉“竹節(jié)”結(jié)構(gòu))也在氣動噪聲能量耗散方面也發(fā)揮著重要作用。

　　另外，貓頭鷹的羽毛還具有特別的力學(xué)特性?？椎铝x等人發(fā)現(xiàn)貓頭鷹翅膀和尾部羽毛的彈性模量較大，在3.13~3.66GPa之間，絨毛的彈性模量較小，在1.47~2.04GPa范圍。彈性模量較大的翅膀飛羽和尾部羽毛剛性較大，不易變形，主要用于調(diào)整和保持貓頭鷹的飛行姿態(tài)，并獲得最大升力，而身體其他部位的絨毛因彈性模量較小，較為柔軟，在飛行過程中受到氣流沖擊時，通過柔順變形來吸收噪聲能量。

　　貓頭鷹翅膀的翼型特征讓貓頭鷹在飛行中具有更好的氣動和聲學(xué)特性?？椎铝x等人的研究顯示，在10m/s風(fēng)速下，雕鸮翼型的升力約為0.896(牛)，大鵟翼型的升力約為0.809(牛)，雕鸮翼型的升力效果好于大狂翼型模型。此外，流場壓力分布顯示，在兩種翼型尾部，雕鸮翼型尾部的壓力脈動略小于大狂翼型模型，表示它具有更好的聲學(xué)特性。

　　貓頭鷹的皮膚也具有吸聲特性。雕鸮皮膚表面非常粗糙，凹凸不平，密布著大量的氣泡狀突起，最小的突起甚至不到1微米。這樣的微觀結(jié)構(gòu)特征十分類似于多孔吸聲材料，應(yīng)具有一定的吸聲降噪效果。

　　研究還發(fā)現(xiàn)雕鸮腹部和大腿的皮膚及皮下組織有明顯的分層結(jié)構(gòu)共分三層：表皮層、真皮層、皮下組織，且在真皮層與皮下組織層之間存在一個空腔結(jié)構(gòu)，空腔高度30~80微米不等，而鴨子皮膚則無明顯的分層現(xiàn)象，更不存在皮下空腔結(jié)構(gòu)。這樣的空腔結(jié)構(gòu)應(yīng)具有共振吸聲的效果。

　　貓頭鷹的靜音飛行特性，是多個降噪因素綜合產(chǎn)生的總體效應(yīng)。貓頭鷹的翅膀翼型和初級飛羽的形態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)揮著消聲降噪的作用，而大量分布在貓頭鷹身體其他部位的絨毛的形態(tài)結(jié)構(gòu)，以及貓頭鷹皮膚和皮下結(jié)構(gòu)，起到了吸聲降噪的效果。貓頭鷹羽毛的力學(xué)特性，對于降噪的貢獻較為復(fù)雜，可能兼具消聲降噪和吸聲降噪的效果。