大雁为什么会排成一字飞行（大雁编队飞行与鸭子编队游泳原理不同）

长期以来，人们认为会飞和会游泳的动物通过高度组织化的群体运动来降低旅途中的能量消耗，并达到提高运动能力的目的。在这方面一个经典的例子是大雁，它们会排成“人字形”，利用前面大雁产生的尾流来提高升力。

我们知道，升力是由上下两个表面的空气压力差产生。但是，这也产生了一个问题，气体会从压力高的地方移动到压力低的地方，从而在翅膀末梢处形成了一个向上的绕流，接着向后发展成一串涡流。这种涡流对自身来说是不利的，它降低了升力并增加了阻力，我们把这种由升力诱导出来的阻力称为附加阻力。

但是，在后面的大雁可以利用这种涡流，从而达到提高升力减少能量消耗的目的。当空气流过翅膀时，气流在上表面可能会发生紊乱甚至脱离，造成了升力的损失。但是，如果让前面大雁产生的涡流通过后面大雁翅膀的上表面，那么这些涡流就会引导上表面气流更顺畅地流动，从而保持住升力。这样一来，大雁群体的总能量消耗就会降低。

事实上，飞机上也有很多这样的例子。民航客机的发动机挂在机翼下面，它离机翼前缘太近，在飞机大攻角的情况下，可能对机翼上表面的气流进行遮挡，造成上表面气流的紊乱。于是，发动机表面有一个大刀状涡流发生器，产生的涡流经过上翼面，使上翼面气流更顺畅。除了发动机之外，机翼表面也有一排涡流发生器。鸭翼战斗机的鸭翼也可以起到类似的作用。

大多数这样的研究都集中在单一的流体介质中。而水禽在水面上游泳也会采取编队的方式，这是空气和水的界面。1994年，科学家研究发现，小鸭子跟在鸭妈妈身后游泳时，它可以节省62.8%的能量代谢。长期以来，人们一直认为鸭子编队游泳与大雁编队飞行节省能量的方式相同。但现在，科学家用一个新的模型，从一个新的角度来解释鸭子编队游泳的节能方式。

他们发现了两个有趣的知识点：乘波和波传递。通过乘坐母鸭产生的波浪，小鸭子可以显著地获得波浪阻力的降低。如果处在特殊点上，它还可以将波浪阻力变为正的，也就是说波浪推动着小鸭子前进。产生正推力的原因是小鸭子的胸在波谷的位置，而腹部处在波峰之上。

需要指出的是，只有当这只小鸭与波浪的相对位置保持不变时，它从波浪中得到的益处才能持续下去。它要求小鸭子的前进速度必须等于波浪的群速度。在这种平衡状态下，每一个个体都扮演着波的传递者的角色，将波的能量传递给后面的那个个体，而没有任何能量损失。