追溯人類航空科技的源頭

胡鑫川

人類最早幻想自己飛翔的方法是駕云、馭氣、霞舉和借物飛行：書畫中的仙人神圣周圍都常常伴有云霧而凌空飛行，中國(guó)古代的列子就有借氣御風(fēng)而行，春秋時(shí)代有蕭史弄玉乘龍跨鳳雙雙成仙飛去，古希臘神話中墨丘利的帶翅涼鞋，古條頓傳說(shuō)中魏蘭的飛行馬甲，阿拉伯神話中的波斯飛毯、埃爾奎爾之輪等，進(jìn)一步表達(dá)了人類對(duì)利用器械飛行的向往。

人類在無(wú)動(dòng)力飛行器時(shí)期經(jīng)歷了太久也太豐富的磨煉，尤其在“人類模仿飛鳥翅膀制作的撲翼飛行器以及熱氣球”（《人類飛翔史》中國(guó)畫報(bào)出版社，[法]夏爾·多爾菲斯 亨利·布歇編著，袁俊生譯）階段，也是人類航空史中最豐富的追尋航空科技時(shí)期，在不斷失敗中為人類開(kāi)辟了升空飛行的途徑，在挖掘風(fēng)力作用時(shí)不斷地向機(jī)械動(dòng)力前行，航空技術(shù)的發(fā)展從此開(kāi)始，并為各種飛行器的動(dòng)力科技發(fā)展鋪平道路。

中國(guó)篇

中國(guó)是追求人類飛翔最早的國(guó)家之一，也是模仿鳥類等大自然現(xiàn)象進(jìn)行飛行嘗試的古老民族，曾用智慧為人類的航空科技獻(xiàn)上了五大貢獻(xiàn)，竹蜻蜓、風(fēng)箏、孔明燈、陀螺與鞭炮的誕生推進(jìn)了飛行器向現(xiàn)代航空科技的邁進(jìn)。

竹蜻蜓與旋轉(zhuǎn)動(dòng)力

公元265至420年間，晉·葛洪著《抱樸子·雜應(yīng)》提出鷹展翅高飛是借助了上升氣流的托舉原理：若能乘者，可以周流天下，不拘山河……或用棗心木為飛車，以牛革結(jié)環(huán)劍以引其機(jī)，或存念作五蛇六龍三牛交罡而乘之，上昇四十里，名為太清，太清之中，其氣甚剛，能勝人也。由此紀(jì)錄竹蜻蜓的動(dòng)力機(jī)械可以升空：薄片旋翼下是軸承，拉動(dòng)皮繩，薄片就由軸承帶動(dòng)上升。

14世紀(jì)傳入歐州時(shí)被稱為“中國(guó)陀螺”的竹蜻蜓，在15世紀(jì)的意大利人達(dá)·芬奇手中描繪出了直升機(jī)草圖。英國(guó)“航空之父”喬治·凱利（1773-1857年）更是在竹蜻蜓引導(dǎo)下仿制出用鐘表發(fā)條作為動(dòng)力來(lái)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)的“竹蜻蜓”，并解析出螺旋槳的工作原理。

《簡(jiǎn)明不列顛百科全書》中寫道：“直升機(jī)是人類最早的飛行設(shè)想之一，多年來(lái)人們一直相信最早提出這一想法的是達(dá)·芬奇，但現(xiàn)在都知道，中國(guó)人比中世紀(jì)的歐洲人更早做出了直升機(jī)玩具?！?/p>

1907年11月13日法國(guó)人保羅·科爾尼研制出的一架全尺寸載人直升機(jī)試飛成功。名為“飛行自行車”的直升機(jī)垂直升空離開(kāi)地面0.3米，還連續(xù)飛行了20秒鐘，實(shí)現(xiàn)了自由飛行，被后人稱為“人類第一架直升機(jī)”。

百余年后的今天，大大小小的直升機(jī)依然在它們的頂部安裝至少兩部大大的“竹蜻蜓”——旋翼，并繁衍出了常規(guī)型與傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)、高速直升機(jī)、隱形直升機(jī)等各種實(shí)用現(xiàn)代直升機(jī)型。以竹蜻蜓為原型的螺旋槳推進(jìn)器也被應(yīng)用于噴氣時(shí)代之前的所有飛機(jī)之中。

風(fēng)箏與空氣動(dòng)力

較早的風(fēng)箏記錄是源于楚漢相爭(zhēng)時(shí)的一個(gè)傳說(shuō)，張良坐在大鷂子上飛到項(xiàng)羽軍隊(duì)的上方唱“四面楚歌”而使項(xiàng)羽大敗。

公元13世紀(jì)，意大利人馬可·波羅從中國(guó)返回歐洲后，風(fēng)箏在西方傳播開(kāi)來(lái)，并對(duì)滑翔機(jī)發(fā)明起到了重要作用。美國(guó)國(guó)家博物館中的一塊牌子寫著“世界上最早的飛行器是中國(guó)的風(fēng)箏和火箭”;英國(guó)博物館也把中國(guó)的風(fēng)箏稱之為“中國(guó)的第五大發(fā)明”。

萊特兄弟就是以風(fēng)箏為基礎(chǔ)，制造的小型扭轉(zhuǎn)機(jī)翼風(fēng)箏獲得成功后，開(kāi)始研制試飛二架全尺寸有人駕駛滑翔機(jī)，成功實(shí)現(xiàn)“人類第一架有動(dòng)力飛行”。

現(xiàn)在，人類繼續(xù)保持對(duì)無(wú)動(dòng)力裝置滑翔機(jī)的熱愛(ài)，享受依靠自身重力的分量獲得前進(jìn)的下滑飛行體驗(yàn)，也成為體育運(yùn)動(dòng)愛(ài)好者們的最愛(ài)。

孔明燈與熱動(dòng)力

漢朝的漢武帝時(shí)代已有“獨(dú)燈籠”，用于軍隊(duì)的信號(hào)工具。諸葛亮被圍困于平陽(yáng)時(shí)，無(wú)法派兵出城求救，自制會(huì)飄浮的紙燈籠，系上求救的訊息升空后果然脫險(xiǎn)。

歐洲人到了1783年11月21日才向空中釋放第一個(gè)熱空氣氣球。

孔明燈演變?yōu)椤白唏R燈”后廣為流傳，也是世界上第一款使用熱動(dòng)力驅(qū)動(dòng)渦輪旋轉(zhuǎn)做功的機(jī)械裝置，形成了熱能向機(jī)械能轉(zhuǎn)換的現(xiàn)代燃?xì)鉁u輪工作原理。

世界上最早的噴氣推進(jìn)理論是由亨利·科安達(dá)提出的。1939年8月德國(guó)制作了世界上第一架噴氣式飛機(jī)。通過(guò)噴氣產(chǎn)生推力的反作用式噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，也應(yīng)用于包括航天領(lǐng)域在內(nèi)的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)中。

爆竹與火箭動(dòng)力

火藥的起源至今仍是個(gè)謎，早在公元一世紀(jì)有了雛形，在裴松之注引的《三國(guó)志·魏明帝紀(jì)》中《魏略》篇論述，228年，魏太和二年，蜀國(guó)諸葛亮出兵攻打陳倉(cāng)，魏守將郝昭“以火箭逆射其云梯，梯然，梯上人皆燒死”。此“火箭”的出現(xiàn)讓人們開(kāi)始了對(duì)現(xiàn)代火箭的探索。

15世紀(jì)，一位叫萬(wàn)戶的明朝官員手執(zhí)兩張風(fēng)箏，將自己捆綁在座椅上，椅后加裝47枚火藥鞭炮，用蠟燭點(diǎn)燃鞭炮后升空。萬(wàn)戶雖未成功，但具有劃時(shí)代的意義，他被譽(yù)為世界上嘗試?yán)没鸺帮w天的第一人”。1970年，在英國(guó)布賴頓國(guó)際天文學(xué)會(huì)議上，月球背面一座環(huán)形山正式以“WanHoo”命名，以此紀(jì)念。

中國(guó)的火藥火箭傳播到歐洲，經(jīng)過(guò)幾百年的使用和發(fā)展，直到19世紀(jì)初終于出現(xiàn)了近代火藥火箭，逐步形成了航天學(xué)的基礎(chǔ)技術(shù)。

他國(guó)篇

當(dāng)科學(xué)思想與工業(yè)革命融合起來(lái)之后，更理性的航空夢(mèng)追求變成了現(xiàn)實(shí)的科學(xué)行動(dòng)，早期曾不斷涌現(xiàn)出了一批具有設(shè)計(jì)、制造、飛行能力的航空先輩們，他們?cè)跓o(wú)動(dòng)力向動(dòng)力飛行的征途中不斷探索與成長(zhǎng)。

意大利達(dá)·芬奇與人力撲翼機(jī)

在萊特兄弟發(fā)明飛機(jī)十年之后，后人才發(fā)現(xiàn)達(dá)·芬奇早在500年前就對(duì)航空科學(xué)技術(shù)做了大量有價(jià)值的研究，盡管達(dá)·芬奇從未在飛行器實(shí)驗(yàn)中取得成功，但他潛心觀察鳥類飛翔20多年，繪制出航空草圖多達(dá)200余幅，而他所著的《論鳥的飛行》手稿為航空科技奠定了初步理論和實(shí)踐基礎(chǔ)，并在20世紀(jì)航空科學(xué)大發(fā)展過(guò)程中也一一得到了驗(yàn)證。

1483年的筆記中，達(dá)·芬奇設(shè)計(jì)出了直升機(jī)草圖，還做出了模型。西方人確認(rèn)：這是最早的直升機(jī)設(shè)計(jì)藍(lán)圖。1485年，基于對(duì)鳥的模仿，達(dá)·芬奇設(shè)計(jì)出第一架撲翼機(jī)。2002年，根據(jù)達(dá)·芬奇圖紙建造的懸掛式滑翔機(jī)飛行17秒，爬升至10米的高度。

法國(guó)蒙哥爾費(fèi)兄弟和查爾斯的浮空球

1783年6月4日，蒙哥爾費(fèi)兄弟研制出世界上第一個(gè)熱空氣動(dòng)力氣球，直徑約11米，是以燃燒濕稻草和碎羊毛產(chǎn)生的熱空氣作為升空動(dòng)力，10分鐘后降落。由此揭開(kāi)了人類熱氣球升空航行時(shí)代。

1783年8月27日，查爾斯用工業(yè)手法制作氫氣，充滿直徑4米、體積達(dá)60立方米的氣球成功升天。

法英嘗試飛艇的螺旋槳?jiǎng)恿?/p>

1784年，法國(guó)人布朗夏爾在氣球上安裝手搖“小風(fēng)磨”的空氣螺旋槳，并在后面安裝了一個(gè)鳥尾巴形狀的方向舵，成功地用這個(gè)裝置穿越了英吉利海峽。

1784年9月，法國(guó)人羅伯特兄弟制造出一艘容積940立方米、長(zhǎng)15.6米、最大直徑9.6米，需要靠7人劃動(dòng)綢布空氣槳螺旋的魚形氫氣飛艇，在空中艱難地移動(dòng)了幾千米。

1843年，英國(guó)凱利在《機(jī)械雜志》上撰文，介紹了一艘配備螺旋槳的飛艇。喬治·凱利還曾制成過(guò)以彈簧為動(dòng)力源的直升機(jī)，飛過(guò)25.5米的高度。

英國(guó)喬治·凱利與滑翔機(jī)系留牽引飛行

奧維爾·萊特曾說(shuō)：“我們的成功完全要感謝那位英國(guó)紳士喬治·凱利，他寫的有關(guān)航空的原理是科學(xué)上最偉大的文獻(xiàn)?！蔽鞣胶娇諏＜曳Q喬治·凱利為“空氣動(dòng)力學(xué)之父”。

1809年之前，喬治·凱利制作了一架無(wú)動(dòng)力滑翔機(jī)，分別進(jìn)行了有人駕駛和無(wú)人駕駛試驗(yàn)。

1849年，喬治·凱利造了一架三翼滑翔機(jī)來(lái)證實(shí)他的空氣動(dòng)力學(xué)理論，讓一名10歲的小孩坐在一只吊籃里，從小山上滑下來(lái)，一些人用繩子拉著滑翔機(jī)，飛機(jī)迎風(fēng)飄飛了一段距離。這是人類歷史上第一次載人滑翔機(jī)系留牽引飛行。

德國(guó)李林塔爾與無(wú)動(dòng)力滑翔機(jī)

德國(guó)李林塔爾被稱為“世界滑翔機(jī)之父”，是最早設(shè)計(jì)和制造出實(shí)用的滑翔機(jī)者，他一生進(jìn)行過(guò)2000多次滑翔飛行試驗(yàn)，為20世紀(jì)初期動(dòng)力飛行的成功作出了重要貢獻(xiàn)。

1889年，他的《鳥類飛行──航空的基礎(chǔ)》一書論述了鳥類飛行的特點(diǎn)，指出機(jī)翼也要像鳥翼那樣具有弓形截面才能獲得更大的升力，他還著有《飛翔中的實(shí)際試驗(yàn)》等書。他擬在充分掌握穩(wěn)定操縱后，在滑翔機(jī)上安裝蒸汽機(jī)實(shí)現(xiàn)動(dòng)力飛行，但此愿望未能實(shí)現(xiàn)，而他進(jìn)行的大量飛行實(shí)踐和研究為后來(lái)的飛機(jī)研究者提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，特別是萊特兄弟從他的經(jīng)驗(yàn)中獲得許多教益。（本文圖片由作者提供）