[轉錄][新聞] 興大李興軍 破解格萊悖論之謎
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作者: lpbig (lpbig) 站內: Gossiping
標題: [新聞] 興大李興軍 破解格萊悖論之謎
時間: Thu Jan 8 21:17:05 2009
新聞連結http://tw.news.yahoo.com/article/url/d/a/090108/5/1cnim.html
(中央社訊息服務20090108 17:09:52台中)作為人類航太科技結晶的代表，不論是3000噸
鉅大的農神5號奔月火箭(Saturn V)、1840噸的太空梭、或240噸的波音787航機，其噴射
推進效率最多是以100%為難以企及的最高設計目標。然而海豚(40 km/hr)、旗魚(130 km/
hr)與鬼頭刀(94 km/hr)等高速水中生物卻不這樣想，在經過億萬年的演化之後，居然推
進效率可輕易超越驚人的500%以上，他們究竟是怎麼做到這神奇的?此一疑惑形成了1936
年劍橋大學生物教授Gray提出的所謂“格萊悖論”。
國立中興大學工學院機械系李興軍教授帶領的研究團隊(包括鍾佑政、張立民、吳汶霖與
莊敬宇等研究生)最近的研究論文“Propulsion Strategy Analysis of High-Speed
Swordfish (高速旗魚之推進策略分析)”破解了困擾學界七十多年鼎鼎大名的“格萊悖論
”，此一重要歷史性論文已獲著名的日本航太學刊(Transactions of the Japan
Society for Aeronautical and Space Sciences)接受發表，將刊登於2009年5月號。此
論文之其他關鍵詞包括:高速旗魚、推進策略、優異效率、綁架機翼、循環馬力、魚鰭胚
胎學/演化、旗魚車等。其內容可摘述如下:
魚類自5億年前寒武紀出現以來，學界對高速魚的推進策略並未能掌握其精髓。而旗魚經
數億年演化出高展弦比，輕、薄、窄、高的新月形尾鰭，將大量的水以較小的速度後推，
並配合薄化的前段擴張及背鰭偏前的流線形超低阻魚身，和一身作為動力源的旗魚肉為推
進基礎，以獲得超優的推進效率，致最高速度可達驚人的130 km/hr，從而取得游速王之
頭銜。
此篇推進動力論文以創新的「綁架機翼」與「循環馬力」概念配合生動簡潔的數值模例，
來說明高速旗魚如何在韻律式非穏態過程搖擺身尾前進時，魚身與魚尾就如同兩個靈活的
可變形機翼，環環相扣以獲得並巧妙地互相利用升力，形成「綁架機翼」現象，進而利用
前突的吻骨壓力感應機制與魚身的壓力側線，靈敏地偵測周遭的水壓以操控每段魚身的最
佳攻角，並以數億年演化出的前移背鰭與「循環馬力」特殊技巧，擷取升力在升力方向之
旋轉功率，以補償大部分抵抗前進阻力的功率，因而大幅提升其推進效率，並輕易地超越
驚人的500 % 以上，同時也破解了極度困擾學界70多年關於海豚游速之格萊悖論的迷惑。
相較於在質量密度與阻力只有水的約八百分之一的空氣中運動之陸上動物速度王─獵豹與
瞪羚等，也只有約95 km/hr左右的速度，即可知旗魚推進策略之高超。鯨豚類基本上只不
過是把旗魚左右擺動變成上下擺動而已！此外，以蒼蠅為例，長得肥不隆咚像運輸機般的
笨重，但是飛起來卻像是戰鬥機般的靈活，還可側飛倒飛，所以「英國古人」聰明地直接
命名為"Fly"，真乃良有已也！推測其迴轉薄翅也很可能順便回收部分浮力之旋轉功，以
節省體能。而其他昆蟲，及蜂鳥、飛行王游隼等鳥類也可能有類似旗魚的能源回收機制，
以增加生存機率，這些與未來可能的仿生旗魚車、船、飛機都是未來相關研究的迷人課題
。
去年8月北京奧運時，美國游泳選手菲爾普斯約略體會了一點兒海豚式打水的微妙之後，
只要以平均不到8 km/hr速度即獲得創紀錄的8面游泳金牌。而縱觀旗魚近乎“船過水無痕
”的推進策略，除了深深感嘆於此一尤物所呈現出力與美的無瑕結合外，在妙手偶得億萬
年來無數魚族演化出的生存非常之道之餘，更能感受一絲中國先哲「朝聞道，夕死可矣！
」的學術快感！
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※ 編輯: lpbig 來自: 140.128.67.244 (01/08 21:18)
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