第一人‧航空科研

2019-11-12 16:26:45  来源:人民交通杂志

很早以前,人类便开始渴望拥有一对能像鸟儿一样自由飞翔的翅膀,于是,许多人尝试把梦想变为现实。他们开始研究与航空相关的技术发明,有人甚至冒险尝试升空。直到20世纪初,莱特兄弟终于为人类补上了这一对“翅膀”,他们把这对“翅膀”命名为飞机。

人们一直认为,在18 世纪末以前,鲜有—位真正的航空科学硏究者。他们认为航空科学不过只有百年的历史,还只是一个乳臭未干的孩子。然而,历史却帮人们记住了一位伟大的人物:航空科学研究第一人——达芬奇。

18 世纪末,拿破仑的军队入侵意大利佛罗伦萨,众人将达芬奇的遗物运回法国后,他的航空论著和图纸手稿重见天日。但是,由于达芬奇在艺术方面的成就太过耀眼,加上研究手稿者又多是历史学家和艺术家,看不出航空方面的“门道”,所以航空界一直不知道达芬奇在航空科学上的卓越建树。直到 20 世纪 20 年代人们才真正发现,达芬奇才是航空科学的奠基者,人们不禁惊叹:达芬奇,这位世界文化史上最伟大的人物,文艺复兴时期最著名的代表人物之一,《蒙娜丽莎》《最后的晚餐》等世界名画的作者,竟然还是航空先驱!他发明了空气螺旋桨、制作了直升机模型、设计了扑翼机,是人类飞行的畅想者!可惜这一认识来得太晚,历史已整整过去了 400 多年。

1452年,达芬奇生于意大利西部的一个小镇。达芬奇少年时已显露艺术天赋,15岁左右到佛罗伦萨拜师学艺,师从佛罗伦萨著名金匠和雕刻家韦罗基奥,使他的艺术才华得到充分发掘和展现;1482年应聘到米兰后毕业于意大利理工学院,成为意大利著名建筑师、画师,在贵族宫廷中进行创作和研究活动;1513年起漂泊于罗马和佛罗伦萨等地;1516年侨居法国,1519年5月2日病逝。最著名的作品《蒙娜丽莎》现在是巴黎卢浮宫的三件镇馆宝之一。

达芬奇,一位思想深邃,学识渊博、多才多艺的画家、天文学家、发明家、建筑工程师。他擅长雕塑、音乐、发明、建筑,通晓数学、生理、物理、天文、地质等学科,既多才多艺,又勤奋多产,保存下来的手稿大约有6000页,全部的科研成果尽数保存在他的手稿中。

爱因斯坦认为,达芬奇的科研成果如果在当时就发表的话,科技可以提前30-50年。达芬奇30岁来到米兰,在米兰的那17年,是他艺术上的成熟期和辉煌;也正是在米兰,他除了在艺术上取得重大成就外,还做出了向航空科学研究进军的重大抉择。

30多岁时,他对鸟的飞行产生浓厚兴趣,开始集中精力研究航空学问题。他观察各种飞鸟、蝙蝠、昆虫,甚至研究水里游动的鱼,分析它们飞行或游动的动作和各部位的作用机理。自此,作为第一个以科学态度研究鸟类飞行问题的科学家出现了。通过研究,达芬奇对飞行问题有了一些重要认识,写出《论鸟的飞行》一文。观察鸟的飞行,达芬奇到了发痴的地步。为了实现他的升空畅想,达芬奇以严格的科学态度对鸟类飞行做了长时间细微观察,发现了许多有趣现象。例如,关于鸟翅膀的搧扑方式,他注意到:鸟在空气中飞行运用翅膀与尾巴同游泳者在水中运用双臂和双腿如出一辙。他还发现,鸟类在飞行中调整方向也同游泳者相似。他观察到,鸟改变飞行方向时,采取收缩一边翅膀长度的方法。通过观察达芬奇得知,鸟尾巴有调整飞行高度的作用。实际上,现代飞机的水平尾翼(升降舵)和垂直尾翼(方向舵)就是仿照这一点设计的。

同时,达芬奇对鸟类双腿的作用研究也极为细致。他发现,鸟在高速飞行时,双腿收拢,这是为了减少阻力;而在慢速飞行或降落时,双腿垂下,这样增大阻力,起到减速作用。可以说,现代飞机的起落架和减速板,就是鸟类双腿的翻版。

他在对鸟类飞行做了如此精细研究的基础上,又动手设计扑翼机,于1487年画出了设计草图。他认为人的臂力不足以搧动机翼,便让人俯卧,加上大腿的力量来驱动机翼。这样仍嫌力量不够,他又研究了采用机械动力的办法。这种扑翼机设计得相当精巧。其翅膀由几根弯曲的金属杆连接的骨架,通过一套轮子和连杆,使每一根都产生多种弯度,从而达到模仿鸟的扑翼动作的目的。1485年,基于对鸟的模仿,达芬奇设计出第一架扑翼机。他设想使人处于俯伏状态,用人的臂力加上大腿肌肉的力量来扇动机翼进行驱动。此外还研究了当时已有的机械动力,包括弹簧和弓弦等。

达芬奇更被誉为直升机的发明者。他曾做出一个直升机设计图,并第一次阐述了直升机原理。遗憾的是,这些研究成果直到19世纪后期才被发现,对航空事业的发展未能起到应有的作用。

对飞行器的未来,达芬奇还做了乐观的展望,他深信,飞行器总有一天会发明成功并对人类的生活工作产生重大影响,以“气球是一种无推进装置的飞行器,由气囊及其下面的吊篮或吊舱组成。当气囊内气体的密度小于空气,气球就能升空”为例。中国古代历史记载的孔明灯,就是一种原始的热气球。而在欧洲,直到18世纪后期,气球才得以发明。

达芬奇在无可借鉴的情况下独立研究并取得成果十分难能可贵,只是很遗憾,他的研究在当时并未引起重视,被束之高阁。

1519年5月2日,这位天才在法国波斯城附近的住所里与世长辞,享年68岁。他的墓碑上敕记着:法国国王的首席画师、技师和建筑师、国家机械师、米兰的贵人,莱奥纳多·达·芬奇。

他的一生,标志着文艺复兴时期“需要巨人,造就巨人”的伟大时代。他是创立航空科学的泰斗,是直升机科学探索的“开山始祖”。为此,美国直升机学会特设立一项最高奖项——“达·芬奇奖”,用来颁给对直升机事业有突出贡献的人。有科学家甚至称,“达芬奇参与航空,是为了回到他外星的家”……(朱子桐)

(责任编辑:张凤元)
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