航天先知──達芬奇

1、航天先知達芬奇列奧納多middot;達middot;芬奇是世界文化史上最偉大的人物之一。他是文藝復興的代表人物之一，意大利著名的藝術家、科學家和工程師，也是航空科學研究的創(chuàng)始人。達middot;芬奇的卓越奉獻受到后人的高度評價。許多哲學家、科學家把他看作是近代科學的第一位先知。美國著名科學史家薩頓曾指出：寫一部有關他的天才作品的完好研究著作，也就意味著寫一部十五世紀科學技術的真正百科全書。達middot;芬奇在多歲的時候對鳥的飛行發(fā)生了濃重興趣，開始投入很大精力研究航空學問題。這個研究過程持續(xù)了多年。他研究飛行問題同樣采取了觀察和實驗的方法。為此，達middot;芬奇對鳥的飛行進展了長時間認真

2、觀察和解剖研究。他觀察了各種飛鳥、蝙蝠、昆蟲，甚至還研究了水里游動的魚類，研究分析它們飛行或游動的動作和各部位的作用機理。他還制作了簡單的試驗裝置，把小鳥吊起來，借以考察鳥的不同飛行姿態(tài)和身體各部位的功能。通過這些仔細觀察研究，達middot;芬奇對飛行問題得出了一些重要認識。他指出：鳥是一架按照數(shù)學原理工作的機器，人有才能仿制這種機器包括它的全部運動，盡管在發(fā)出的力量上并非同樣的比例，因為維持平衡的力還不充分。因此我們可以說：人類建造的這樣一種機器具有鳥的各個方面特征，唯獨沒有鳥的生命。他認為研究飛行問題除了研究飛鳥以外，還應當研究鳥的飛行環(huán)境。他指出：為了得到鳥類在空氣中運動的真正科學，必

3、須首先給出風的科學，而這一點可以通過水運動裝置建立。這門科學可以在一定程度上反響有翼生物在空氣和風中的知識。達middot;芬奇這一認識的兩個重要之點在于，認識到研究風力或空氣動力對航空科學的重要意義，同時又說明了空氣動力學知識可以通過水動力學研究間接獲得。這兩個觀點應當說都很具有現(xiàn)代意義?，F(xiàn)代空氣動力學的許多原理或發(fā)現(xiàn)都是通過水動力學研究獲得的。當今的水動力學研究除自身的意義外，仍然作為空氣動力學研究的一個重要輔助手段。達middot;芬奇相信人類最終是可以升空飛行的：由給出的上述例子和原因，一個帶有足夠大的翅膀并正確安裝的人將會學到如何抑制空氣阻力，征服天空，成功地調節(jié)翅膀并飛入天空。由于

4、他強調撲翼飛行是人類飛行的根底，因此他非常重視對鳥的飛行進展深化觀察和研究。經過長時間的研究和積累，達middot;芬奇已獲得了大量有關鳥的飛行的研究心得，大量筆記手稿以及許多草圖。年在佛羅倫薩完成了論文?論鳥的飛行?。這篇研究手稿于。論文幾乎是圖文參半，非常形象，有助于理解相對晦澀的文字。達middot;芬奇在?論鳥的飛行?中闡述了關于鳥的飛行的三個原理。第一原理是鳥的持續(xù)飛行原理，或者說空氣的升力原理。他指出：由于大氣是具有可壓縮性質的物質，當有某種物質以比它的流動更快的速度拍擊空氣時，它就要受到壓縮；除非翅膀撲打空氣的運動比空氣壓縮時自身的運動速度快，否那么翅膀下的空氣不會變得很密，因此

5、鳥就不會在空中支承自己的重量。第二個原理涉及鳥有效利用氣流飛行的技術。在山谷和其他地區(qū)，由于溫度差作用，會產生上升熱氣流。達middot;芬奇注意到鳥經常利用這種氣流毫不費力地飛行。第三個原理討論的是鳥如何采取各種省力措施。這種方法是利用氣流和風的作用，使體重降低，再結合翅膀扇動的力量，鳥類可以在消耗很小能量的前提下，進展長時間的自由飛行。這一點給達middot;芬奇以很大啟示和鼓勵，他由此認為人類的飛行是完全可能的。達middot;芬奇的航空學研究可以分成三大局部。前面所講的是關于飛行的理論和原理，第二大局部是關于飛行的穩(wěn)定和控制，第三大局部是飛行器設計。他設計過撲翼機、降落傘和直升機，但投

6、入精力最多的是撲翼機。設計撲翼機完全來自對鳥的模擬。作為第一個科學地研究航空學的人，飛行器設計的先驅，在這里不能過分地指責他。大約在年，達middot;芬奇設計了第一架撲翼機，年畫出了設計草圖。他認為人的臂力缺乏以扇動機翼，便設想使人處于俯伏狀態(tài)，加上大腿肌肉的力量來驅動。他又研究了當時已有的機械動力裝置，包括彈簧和弓弦等。在達middot;芬奇的研究手稿中，還畫有降落傘的草圖，其外形呈四棱錐形，象一座小金字塔。他還被許多航空史家看作直升機的創(chuàng)造者，并認為這是他對航空學的真正奉獻。在一張草圖上，他畫出了一個直升機設計圖，它的主要部件是一個螺旋面，其幾何圖形相當于槳葉旋轉與前進合成運動畫出的曲面，兩個端面間的夾角約deg;。中間是一個直軸，上面纏繞彈簧來驅動螺旋面旋轉。談到這個設計時他指出：我覺得，假設這個帶螺旋的裝置能很好地制造那么螺旋就會高速旋轉，并在空中畫出螺旋線來，然后升入空中。這段闡述說明，達middot;芬奇在歷史上第一次闡述了直升機原理。達middot;芬奇的第一位傳記作者瓦薩利在年發(fā)表的?畫家的生活?一書中告訴我們：達middot;芬奇還提出了熱氣球的原理，并制成了一個小型熱氣球。他用薄蠟制成一個形狀奇特的塑像，內部充以熱空氣，結果使它飛上了天，引起了旁觀者們的吃驚。另據數(shù)學家卡爾丹說，達middot;芬奇還嘗