公元15世纪
法国匿名画家作品《圣母与圣子》中小耶稣手拿竹蜻蜓玩具
中国至少在明代以前发明了竹蜻蜓 竹蜻蜓是直升机的雏形,是中国重要的航空发明之一,这一点已被世界公认。关于竹蜻蜓的发明年代和过程已无法查证,中国古代文献对此几乎没有提及。外国文献称其为“中国陀螺”(Chinese Top),是中国的古老发明。美国人弗朗西斯[美](Devon Earl Francis)在1946年出版的《直升机的故事》中说,在公元元年以前,中国人已会用竹蜻蜓实现机械飞行了。英国科技史学家李约瑟[英](Joseph Terence Montgomery Needham,1900—1995)根据《抱朴子》记载的“或用枣心木为飞车,以牛革结环剑以引其机”断定竹蜻蜓是公元4世纪葛洪[中](284—364)发明的。外国文献所说的竹蜻蜓起源于纪元前的中国以及葛洪发明了竹蜻蜓的证据并不充分。1947年美国出版的《凡·诺斯特朗德百科全书》指出,竹蜻蜓在中国已有450年的历史。这样算来,应是在中国明代时期发明的。关于竹蜻蜓的发明年代,一个最直接的证据是法国匿名画家在1460年所绘制的《圣母与圣子》油画中,小耶稣手中拿着一只竹蜻蜓。可见,竹蜻蜓的发明肯定不晚于1460年,这时是中国明英宗时期。比达·芬奇绘制直升机模型早了30年。
约1483年
达·芬奇[意]画出了直升机草图 达·芬奇是意大利著名画家、工程师,被许多航空史学家看作是直升机的发明者,并认为这是他对航空学的真正贡献。在大约15世纪80年代的一份手稿上,他画出了一个直升机设计图,它的主要部件是一个螺旋面,其几何图形相当于桨叶旋转与前进合成运动画出的曲面,两个端面间的夹角约为54度。中间是一个直轴,上面缠绕弹簧用以驱动螺旋面旋转。谈到这个设计时他指出:“我觉得,如果这个带螺旋的装置能被很好地制造……那么螺旋就会高速旋转,并在空中画出螺旋线,然后升入空中。举例来说,把一个宽而薄的尺子在空中迅速地划一下,你将发现你的手臂受到尺子边缘线的牵引……人们可以用纸板制作这样一个小模型,轴用薄铁皮用力卷曲而成。一旦松手,‘铁皮松弛力’将导致螺旋旋转。”这段论述表明,达·芬奇虽然不能称为直升机的发明者,但却是历史上第一个阐述直升机原理的人。
达·芬奇
达·芬奇绘制的直升机手稿
约1484年
达·芬奇[意]画出了降落伞草图 达·芬奇的研究手稿中,涉及航空方面的绘画达500余幅,其中还画有降落伞的设计草图。他设计的降落伞外形呈四棱锥形,像一座小型金字塔。他解释说,“如果一个人有一个小屋顶(他用这个词表示降落伞),每一侧棱长12码,宽12码,他就能够从任何高度下降而不会危及自身安全……”其原因就在于空气的减速作用。达·芬奇因此被不少学者称作是降落伞的发明人。不过另有文献表明,在他之前的十几年,就有意大利人绘制过降落伞草图,还表现了人乘降落伞下降的样子。
15世纪70年代出现于意大利的降落伞草图
达·芬奇绘制的降落伞草图
1485年
达·芬奇[意]开始设计扑翼机 由于受到文艺复兴后机械论哲学的影响,达·芬奇认为人类实现飞行的唯一方式是模仿鸟类的扑翼飞行。大约在1485年,达·芬奇设计了第一架扑翼机,1487年画出了设计草图。他认为人的臂力不足以扇动机翼,便设想使人处于俯伏状态,利用大腿肌肉的力量来驱动。这样仍然动力不足,他又研究了当时已有的机械动力,包括弹簧和弓弦等。他把扑翼机的翅膀设计成由几根弯曲的金属杆连接的骨架,通过一套轮子和连杆,使每一根都能形成多种弯度,从而达到精确模仿鸟的扑翼动作的目的。1495—1504年间,他设计的几种扑翼机扇扑机构都非常精巧、灵活。可贵的是,达·芬奇在晚年曾设计过定翼机,但这种转变并不彻底。在定翼机动力转换部件上,达·芬奇仍采用小型扑翼。
达·芬奇设计的扑翼机结构
达·芬奇的扑翼机机翼设计
1505年
达·芬奇[意]完成航空研究论文《论鸟的飞行》 达·芬奇对鸟的飞行进行了长期的观察研究,写出了大量笔记,在此基础上,在佛罗伦萨完成了论文《论鸟的飞行》(Codex on the Flight of Birds)的手稿。论文几乎是图文参半,十分形象。论文阐述了关于鸟的飞行的三个原理。第一个原理是鸟的持续飞行原理,或者说空气的升力原理,认为鸟的翅膀在扇动时使翅膀下面的空气压缩,从而使翅膀上下形成一个压力差,这个压力差形成升力。鸟的翅膀在连续扇动时,由于翅膀的形状和扇动方式,翅膀下产生了一个空气压缩形成的高压楔,这个高压楔自行松弛时,表现出的就是对翅膀产生一种向上的作用力——升力。第二个原理涉及鸟有效利用气流飞行的技术,亦即鸟可以有效利用上升气流,从而可以不扇动翅膀越飞越高。第三个原理讨论的是鸟如何采取各种省力措施,包括利用气流和风的作用,进行长时间的自由飞行。《论鸟的飞行》还探讨了风的影响、翅膀的扇扑方式、飞行惯性的控制、尾巴的作用、引力中心位置的控制、用腿作为减速器、利用翅膀操纵等问题。这篇论文对鸟的飞行的研究相当深入,被认为是航空学的奠基之作。
达·芬奇《论鸟的飞行》手稿
1555年
贝隆[法]较早对鸟的飞行进行科学研究 法国博物学家贝隆(Pierre Belon,1517—1564)对自然界生物包括鸟类进行了长期的观察和研究,并于1555年出版著作《鸟类自然史》。他认为鸟在空中飞行是由于翅膀的运动和空气的反作用力造成的结果,“有必要把鸟的飞行看作是它们把某种轻的东西带到了空中,有必要把鸟的运动归因于空气的反作用力对轻羽毛作用的结果……由于翅膀的形状使它能够罩住大量的空气,因此这种作用就像是我们的脚踏在地上走路一样,但这是作用于空气而不是地面”。为了论证他的理论,贝隆用鱼在水中游动进行比较,进而指出:“通过比较鸟在空气中的迅速运动和鱼在水里快速游泳,我倾向于把原因归结于它的形状。由于形状对运动速度的影响很大,因此石头和金属只要形状适宜也能游在水中,而鸟也由于它们的不同形状可以沉重地或轻柔地飞行。”贝隆对飞行的认识仍然不够清晰和准确,也令读者不易理解。
贝隆比较人类骨骼和鸟类骨骼