动力飞行器

自古以来，人类都梦想可以在空中飞翔。可惜的是，人类太重了，肌肉的力量不够，所以飞不上天。1781年，瓦特发明了旋转式蒸汽机。1876年，尼古劳斯·奥托改良了瓦特的发明，制造了一个内燃机。现在人类发明了可以产生动力的引擎，有制造飞行器的条件了，但谁可以制造出一个动力飞行器呢？

韦伯·莱特和奥维尔·莱特两兄弟小时候去放风筝，就已经开始梦想可以在空中飞翔。后来，他们从制造脚踏车学到机械工程的技术。莱特兄弟发觉如果人想要在空中飞行，最先要克服的问题就是要设计出一个可以控制的飞行器。飞行器如果不能在空中保持平衡，就像没有车把的脚踏车一样，完全没有用。韦伯观察飞行中的鸽子，留意到它们转弯时都会侧着身子，就好像人骑脚踏车转弯时一样。他得出一个结论就是：鸽子转弯时可以保持平衡，是因为它们翅膀的尾端可以扭转。韦伯想出了一个好点子，就是要制造可以扭转的机翼。

1900年莱特兄弟制造了一个飞行器，安装了一对可扭转的机翼。他们先把这个飞行器当作风筝放到空中，然后当作滑翔机，由人驾驶。他们又发现飞行器需要三个基本的控制轴，也就是俯仰轴、滚转轴和偏航轴，才可以调整飞行器的飞行姿势。可是，他们所设计的机翼不能提供足够的上升力，令他们大感失望。于是他们做了一个风洞来测试机翼功能。他们制造了几百个不同形状的机翼，最后终于做出一个形状、大小和角度都很理想的机翼。1902年，他们制造了一个新的飞行器，即使空中有风，这个飞行器也可以保持平衡。那么，现在他们可以把引擎放在飞行器上吗？

可以，但莱特兄弟必须先制造一个适合的引擎。在当时来说，要设计一个螺旋桨非常困难，但由于他们做过很多风洞实验，所以知道该怎样解决设计螺旋桨时遇到的复杂问题。1903年12月17日，这一天寒风凛凛，引擎发动了，螺旋桨也开始转动，飞行器终于飞上天空了。奥维尔说：“我们童年的梦想终于实现了！我们会飞了！”莱特兄弟也成了国际名人。他们设计出有动力的飞行器，可以翱翔天际，他们的灵感是从哪里来的呢？不错，大自然也有功劳！

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1903年美国北卡罗来纳州，莱特兄弟的“飞行家号”（模拟图片）

大自然早就有了！

“问问天上的飞鸟，飞鸟必告诉你。……谁不知道这是耶和华的手所造的呢？”——约伯记12:7-9

如果你观察鸟类，就会看出它们都是天生的飞行高手。例如，鸟儿在飞行时，它们的翅膀中羽毛的主干（又称为羽轴）一定要能够承受鸟本身的重量。鸟类的翅膀为什么这么轻盈又这么坚固呢？只要你把羽毛的羽轴切开就可以知道了。羽轴里面好像海绵一样，而羽轴表面则很粗糙，整根羽轴看起来好像是工程师所用的发泡三明治梁。工程师研究了羽轴的结构后，就设计了发泡三明治梁，应用在飞机之上。

鸟类骨骼的结构也是很令人惊叹的设计。鸟类的骨骼大部分都是中空的，而里面则有细小的横肋骨做支撑，这样的骨架结构很像工程师所用的桁架（华伦式梁架）。值得一提的是，太空穿梭机的机翼也使用类似的设计。

今天，飞行员是靠着调整机翼的几片襟翼（即机翼可以活动的部分）和尾翼的翼片，让飞机在空中保持平衡。而鸟儿的翅膀和肩膀则有大约48组肌肉，鸟儿就是靠着调整这些肌肉来控制翅膀或个别羽毛的运动，鸟儿一秒还可以调整好几次呢。难怪，飞机的设计师都很羡慕鸟儿的飞行绝技！

鸟儿飞行时，特别是起飞时，都要消耗很多能量，所以，鸟儿需要一个很强的“引擎”。跟大小相同的哺乳动物相比，鸟的心脏比较大也比较有力量，而且心跳速度更快。还有，鸟儿肺部的结构也很独特，是用单向气流作用来设计的，所以鸟儿的呼吸效率比哺乳动物更高。

许多鸟儿被设计成有惊人的“载油量”，很适合长途飞行。就拿鸫鸟这种候鸟为例，它们飞行10小时所消耗的能量，差不多是自己体重的一半。另一种候鸟斑尾塍鹬从阿拉斯加迁徙到新西兰，起飞前它身体的脂肪占了体重的一半以上。而令人惊讶的是，靠这些脂肪，斑尾塍鹬就可以不停地飞大约190小时（8天）。想想看，哪种商用飞机有这么高的飞行效率呢？