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第一人‧航空科研

2019-11-12 16:26:45  來源:人民交通雜志

很早以前,人類便開始渴望擁有一對能像鳥兒一樣自由飛翔的翅膀,于是,許多人嘗試把夢想變為現實。他們開始研究與航空相關的技術發明,有人甚至冒險嘗試升空。直到20世紀初,萊特兄弟終于為人類補上了這一對“翅膀”,他們把這對“翅膀”命名為飛機。

人們一直認為,在18 世紀末以前,鮮有—位真正的航空科學硏究者。他們認為航空科學不過只有百年的歷史,還只是一個乳臭未干的孩子。然而,歷史卻幫人們記住了一位偉大的人物:航空科學研究第一人——達芬奇。

18 世紀末,拿破侖的軍隊入侵意大利佛羅倫薩,眾人將達芬奇的遺物運回法國后,他的航空論著和圖紙手稿重見天日。但是,由于達芬奇在藝術方面的成就太過耀眼,加上研究手稿者又多是歷史學家和藝術家,看不出航空方面的“門道”,所以航空界一直不知道達芬奇在航空科學上的卓越建樹。直到 20 世紀 20 年代人們才真正發現,達芬奇才是航空科學的奠基者,人們不禁驚嘆:達芬奇,這位世界文化史上最偉大的人物,文藝復興時期最著名的代表人物之一,《蒙娜麗莎》《最后的晚餐》等世界名畫的作者,竟然還是航空先驅!他發明了空氣螺旋槳、制作了直升機模型、設計了撲翼機,是人類飛行的暢想者!可惜這一認識來得太晚,歷史已整整過去了 400 多年。

1452年,達芬奇生于意大利西部的一個小鎮。達芬奇少年時已顯露藝術天賦,15歲左右到佛羅倫薩拜師學藝,師從佛羅倫薩著名金匠和雕刻家韋羅基奧,使他的藝術才華得到充分發掘和展現;1482年應聘到米蘭后畢業于意大利理工學院,成為意大利著名建筑師、畫師,在貴族宮廷中進行創作和研究活動;1513年起漂泊于羅馬和佛羅倫薩等地;1516年僑居法國,1519年5月2日病逝。最著名的作品《蒙娜麗莎》現在是巴黎盧浮宮的三件鎮館寶之一。

達芬奇,一位思想深邃,學識淵博、多才多藝的畫家、天文學家、發明家、建筑工程師。他擅長雕塑、音樂、發明、建筑,通曉數學、生理、物理、天文、地質等學科,既多才多藝,又勤奮多產,保存下來的手稿大約有6000頁,全部的科研成果盡數保存在他的手稿中。

愛因斯坦認為,達芬奇的科研成果如果在當時就發表的話,科技可以提前30-50年。達芬奇30歲來到米蘭,在米蘭的那17年,是他藝術上的成熟期和輝煌;也正是在米蘭,他除了在藝術上取得重大成就外,還做出了向航空科學研究進軍的重大抉擇。

30多歲時,他對鳥的飛行產生濃厚興趣,開始集中精力研究航空學問題。他觀察各種飛鳥、蝙蝠、昆蟲,甚至研究水里游動的魚,分析它們飛行或游動的動作和各部位的作用機理。自此,作為第一個以科學態度研究鳥類飛行問題的科學家出現了。通過研究,達芬奇對飛行問題有了一些重要認識,寫出《論鳥的飛行》一文。觀察鳥的飛行,達芬奇到了發癡的地步。為了實現他的升空暢想,達芬奇以嚴格的科學態度對鳥類飛行做了長時間細微觀察,發現了許多有趣現象。例如,關于鳥翅膀的搧撲方式,他注意到:鳥在空氣中飛行運用翅膀與尾巴同游泳者在水中運用雙臂和雙腿如出一轍。他還發現,鳥類在飛行中調整方向也同游泳者相似。他觀察到,鳥改變飛行方向時,采取收縮一邊翅膀長度的方法。通過觀察達芬奇得知,鳥尾巴有調整飛行高度的作用。實際上,現代飛機的水平尾翼(升降舵)和垂直尾翼(方向舵)就是仿照這一點設計的。

同時,達芬奇對鳥類雙腿的作用研究也極為細致。他發現,鳥在高速飛行時,雙腿收攏,這是為了減少阻力;而在慢速飛行或降落時,雙腿垂下,這樣增大阻力,起到減速作用。可以說,現代飛機的起落架和減速板,就是鳥類雙腿的翻版。

他在對鳥類飛行做了如此精細研究的基礎上,又動手設計撲翼機,于1487年畫出了設計草圖。他認為人的臂力不足以搧動機翼,便讓人俯臥,加上大腿的力量來驅動機翼。這樣仍嫌力量不夠,他又研究了采用機械動力的辦法。這種撲翼機設計得相當精巧。其翅膀由幾根彎曲的金屬桿連接的骨架,通過一套輪子和連桿,使每一根都產生多種彎度,從而達到模仿鳥的撲翼動作的目的。1485年,基于對鳥的模仿,達芬奇設計出第一架撲翼機。他設想使人處于俯伏狀態,用人的臂力加上大腿肌肉的力量來扇動機翼進行驅動。此外還研究了當時已有的機械動力,包括彈簧和弓弦等。

達芬奇更被譽為直升機的發明者。他曾做出一個直升機設計圖,并第一次闡述了直升機原理。遺憾的是,這些研究成果直到19世紀后期才被發現,對航空事業的發展未能起到應有的作用。

對飛行器的未來,達芬奇還做了樂觀的展望,他深信,飛行器總有一天會發明成功并對人類的生活工作產生重大影響,以“氣球是一種無推進裝置的飛行器,由氣囊及其下面的吊籃或吊艙組成。當氣囊內氣體的密度小于空氣,氣球就能升空”為例。中國古代歷史記載的孔明燈,就是一種原始的熱氣球。而在歐洲,直到18世紀后期,氣球才得以發明。

達芬奇在無可借鑒的情況下獨立研究并取得成果十分難能可貴,只是很遺憾,他的研究在當時并未引起重視,被束之高閣。

1519年5月2日,這位天才在法國波斯城附近的住所里與世長辭,享年68歲。他的墓碑上敕記著:法國國王的首席畫師、技師和建筑師、國家機械師、米蘭的貴人,萊奧納多·達·芬奇。

他的一生,標志著文藝復興時期“需要巨人,造就巨人”的偉大時代。他是創立航空科學的泰斗,是直升機科學探索的“開山始祖”。為此,美國直升機學會特設立一項最高獎項——“達·芬奇獎”,用來頒給對直升機事業有突出貢獻的人。有科學家甚至稱,“達芬奇參與航空,是為了回到他外星的家”……(朱子桐)

(責任編輯:張鳳元)
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