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浅谈人类飞行史 壹前言 从神话故事中，我们看见人对天的崇拜，也看见人类超越物种的本能限制，运用智慧实现心中长久以来飞行的渴望。我们不再只是屈服于陆地上行走，而是可以遨游于天际，日行万里更不再只是天马行空。基于我们对航天的兴趣，所以特别把以前平时所收集的资料、书籍作整理，并且作更深入的探讨。虽然台湾航天工业相对于医学及电机方面并非国人最为重视也非学子们的升学首选，但却也不能没有，诸如台风和气象方面台湾能在国际上有所成就，属于航天科技方面的卫星正是关键因素。在此不只让大家认识过去人类的飞行史，我们特别也举出一位台湾鲜少人知的波音之父王助让大家了解，并以一些平日可以见到的东西，例如：风筝，天灯等为基础探讨其起源，并以过去航天史上的重要人物及事件以故事性方式叙述，希望大家会有兴趣阅读。由于当中也发现一些出入或叙述的差异，所以特别上网询问航天系学生与老师，在这里特别谢谢他们。 贰正文 一、无动力飞行史 1. 神话传说 自古人类就一直认为天空是不可侵犯且神圣的，翱翔天际的梦想也一直存在着人类心中。在希腊众神居住的奥林帕斯山上，基督神址位于天国，也意味着某种人类对上天的崇拜。如有名的邱比特(Cupid)，一个有着翅膀，到处传播爱情的小天神。在西方的神话中最有名的飞行者，就是泰达路斯(Daedalus)和他儿子伊卡鲁斯(Icarus)。他们父子俩被克里特王子囚禁在迷宫中，泰达路斯知道由陆路和水路绝对无法逃出，于是用腊制作了可以飞行的翅膀，父子俩便从天空中飞走，但是儿子因为太高兴而越飞越高，结果因为太靠近太阳而翅膀被溶化，结果坠海而死。在印度一千零一夜的神话故事中也提到有关可以飞行的魔毯 ，甚至在中国野史上也传说着许多类似飞碟的传说，埃及也流传有着翅膀的飞人图，也都一再显示我们人对飞行的敬畏与渴望。就连生存于现代的我们也不例外，在遇到事情时我们也是时常说着： 我得天啊！2. 无载人之人造飞行器 A. 风筝 风筝的历史源头根据记载最早是在韩非子外储说左上 。当中提到墨子为木鸢，三年而成，蜚一日而败。当时墨子看到鹞鹰在空中飞翔而受到启发费时三年以木头制造风筝，飞行一日及坠毁。可见最早风筝是用木头制造。又据墨子鲁问记载公输子削竹木以为鹊，成而飞之，三日不下。这是后来墨子把技术传给了他的学生公输班，也就是现在人人皆知的工匠，鲁班。到了东汉蔡伦发明了造纸以后才有纸风筝的出现，由此可推断，中国风筝已有两千年以上历史了。风筝的发明代表着人类开始懂得使用风的力量，人类是有可能加以应用的。古代风筝和纸鸢是有分别的。所谓风筝 ，是指它在空中能发生像筝弦的声音，风筝是在纸鸢背上系上一条弓弦，或在纸鸢头部按一个风笛，当纸升空以后，强风通过笛，或者引起弓弦的颤动，就会奏出鸣鸣声音。至于纸鸢 ，则是只飞不鸣，但现在多统称风筝 。根据许多记载，风筝在第十世纪传至日韩，到了十三世纪再传至欧洲。在此之后也就在各国发展出各自不同特色的风筝，但以亚洲国家的的风筝技术最强，甚至有人可使用芦苇制作风筝离地十五公分飞行而不落地。 B. 竹蜻蜓我们时常可以在童玩店看到竹蜻蜓，相信各位也一定玩过竹蜻蜓。究竟是谁发明了竹蜻蜓，已经很难找出证据。在中国晋朝，葛洪所著的抱朴子一书记述：或用枣心木为飞车，以牛革结环剑，以引其机。或存念作五蛇六龙三牛、交罡而乘之，上升四十里，名为太清。太清之中，其气甚罡，能胜人也。当中所说的飞车可能就是竹蜻蜓 。竹蜻蜓的发明，证明了人类制造出不需自然风，而是只要选转竹竿产生相对风速也可使物体飞行，这也说明了人类开始懂得使用风的力量。 相传竹蜻蜓是于明代时传至欧洲。马可波罗在1298年因参加热那亚战争被俘，入狱期间口述其亲身经历，由狱友鲁斯梯谦记录成书，也就是马可波罗游记 。此书一出版有人批评荒诞不经、妄想虚构。但是不可否认的是他对欧洲的影响可是非常深远的，甚至也可能影响着后来达文西的直升机构想与莱特兄弟。在科学月刊注中提到西方首次有记载竹蜻蜓是在公元1460年。所以根据历史明朝是在1368年建立，且当时中国和欧洲的往来推断，在明朝传至欧洲的确是很有可能的。 C. 天灯 许一个梦想，让梦想随着天灯升扬。天灯可以说是载着无数人的梦，飞向遥远的天际。相传在古老的中国有天灯，是在三国时期的诸葛孔明所发明，所以又称作孔明灯。由于当时孔明是用来祈求上天保佑，所以又名为平安灯或祈导灯。 至于欧洲后来发展成热气球似乎跟中国没什么关系，但奇怪的是中国后来似乎停下了的脚步，而没有继续发展成热气球。直到1982年美国著名刊物福布斯杂志创始人福布斯先生驾驶热气球、摩托车旅游来到中国，自延安到北京，完成了驾球飞越世界每个国家的愿望。当时才又把热气球引入中国，许多人却不知最早热气球的雏型其实就诞生在中国。3. 可载人之人造飞行器 A. 开创载人飞行器的天才-达文西 大家应该都看过达文西密码 ，或是蒙那莉萨的微笑作者不陌生，也对他在美术、科学方面的成就给予极大赞赏，他可以说是一位全能的天才，但或许较少人知道他对飞行也是有很大的贡献的。 其实几乎在每本讨论飞行历史的书中都可以见到他的踪迹，他的想法在当时可以说是非常创新，甚至有人猜测说他是外星人或是搭乘时光机来自未来的人。 达文西(Leonardo da Vinci)对于鸟类长达十年的研究可以说是观察深入，根据科学月刊指出在他的笔记里曾记载： 物体作用在空气的方式，就像空气作用在物体上一样 ，这当中也指出作用力与反作用力的观念。他也细心的观察出鸟类靠着翅膀和尾巴来取的重心的平衡，甚至他也对鸟类的身体构造进行解剖而了解到说，大肌肉到胸部的肌肉皆是用来增强翅膀的力量，所以鸟类肌肉比人类更为有力。 达文西就曾设计过扑翼机(以人力拍打翅膀使飞行器飞行)、滑翔翼，但是后来他了解到人类无法使用鸟类的方式使人类飞翔，转而开始使用机械的力量来达成飞行的目的，达文西的直升机也是相当出名的，由图中我们就可以看出他的设计图的确没有以人力作为动力来源，而这就是他对人类飞行史上很大的贡献，从人力转变为机械动力飞行。 达文西其实也曾经设计过降落伞，虽然在历史地位上不是很重要，但是有趣的是在2000年 6月26日，有为英国人尼可拉思根据达文西手稿设计了降落伞，他从高空3000公尺跳下，根据他的说法，飞行时十分平稳比现代伞还好。他真的可以说是历史上第一位对飞行进行如此深入的研究的人。B. 热气球-蒙特高菲尔兄弟 其实制造气球得材料和火都是既有的工具，但是又有多少人会去注意到可以热空气制造热气球呢?1709年，巴西的一位神职人员劳伦索神父(Laurenzo de Gusmao)用纸制作了小型热气球，证实了热气的确可以使热气球升空。 虽然在18世纪以前就有历史记载比空气轻的飞行器，但是出生于法国里昂附近小镇的蒙特高菲尔兄弟(Joseph Michel and Jacques Etienne Montgolfier)是目前被公认首次成功建造大型热气球的人。哥哥约瑟夫是研究数学和物理，弟弟是建筑师。有次哥哥发现妻子披挂在壁炉烘干的衣服突然间飞了起来，又因他们的父亲是造纸场的老板，所以兄弟俩也曾观察到废纸燃烧时飞扬的现象。或许就是在这种天时地利人和的情况下使他们得以成功制造出热气球。 公元1783年他们以亚麻布和纸制成直径46英呎的热气球，由志愿者J.F. Pilatrede Rozier搭乘了约5英哩，成为首度人类升空的载具。也为以热气球为载具使人类升空开启了一条大道。 C. 航空学之父凯利爵士 在热气球的发明后，经历长期研究出现了可以驾驭的飞船，在大家以为似乎这就是未来的飞行机器时，却有一位英国工程师凯利(Sir George Cayley)并不这样想。他平借着独到的眼光和许多巧妙的试验中学习到翅膀如何产生升力。连近代著名的气动力学家冯卡门(Von Karman)也提到：我们现代所知的硬式的(rigid)飞机原理是由凯利所发表的这个设计草图被凯利刻在一枚小银制圆盘上 ，说要把这幅图永远留给子孙。图中有方向舵和升降舵混合的控制面，虽然动力来源还是翅膀上下摆动，但这仍是非常重要的发明。在原盘背面就清楚说明为了使飞机飞行必须升力大于重量，且推力大于阻力。这是首度有人把升力来源和推进动力分开说明，他也把气动合力分离成升力和阻力。他就曾在尼可生自然科学期刊（Nicholson Journal of Natural Philosophy）出版了航空论文在空中航行（On Aerial Naviation）。当中提到解决这个整个问题的关键在于制造一个表面，利用这个面所受到的空气阻力，行程支撑动力主体的浮力。因为他的固定翼概念而开始有了现今飞行器的架构出现。韦尔伯莱特也说：乔治凯利爵士将飞行科学带入一前所未有的新境界。在凯利逝世时，欧洲可说是身处在动乱的大时代，但是航空的进步还是一直持续的进步着。 D. 滑翔翼之父奥托李连泰 当我们谈到十九世纪末的航空史时，一定要谈到奥托李连泰(Otto Lillienthal)。李连泰在十几岁时对航空充满了兴趣，他常观察当地的大鸟并自行建造翅膀。在就读柏林科技大学后，他和弟弟格斯达夫制作了一架在现今被称为滑翔翼(hang glider)的飞行器，主要由木头及帆布制作而成。据说怕被人笑，兄弟俩总是天黑后才试飞。李连泰在1874年就发现了弧形翼的优点。在此之前，德国政府的飞机研究委员会宣布使用发动机、比空气重的飞机不可能飞向天空，或许是因为如此才让李连泰认为没有真正让飞机飞上天时，还是不要将资料公开。然而李连泰兄弟留下的数据，在莱特兄弟设计滑翔翼时就派上用场，所以在历史地位上可以说是不容忽视的。1895年李连泰将其滑翔翼改成双翼机，这也是来特兄弟制作飞机的雏型。他同时也利用变换身体重量的方式来达成控制方向的重心移动，这点与前人的飞行有很大的不同。经过多年努力已经可以飞上900呎高空，且当时内燃机引擎的发展正在起步，所以他也探讨动力飞行的可能性。但是他却在1896年飞行至10到15呎高空时坠落身亡。令人感觉奇怪的是，当时他的成就在德国并未获得重视，而是在1908年来特兄弟前往欧洲巡回飞行时，德国人才开始发现他的成就。甚至到了第一次世界大战，德国全力开发军用飞机，为了募款还把李连泰捧为国家英雄，且设立纪念碑。甚至也向奥维尔莱特(莱特兄弟的弟弟当时哥哥已故)募款，但是他并未捐款，反而是捐了一千美元给生活贫困的李连泰之妻。由于是意外身亡，所以亲友特地在纪念碑上刻了牺牲是难免的，而这句话正是他生前的口头禅。 二、 动力飞行史 1. 航空时代 A. 实现人类真实飞行的莱特兄弟 就在美国东岸一个与美国并不相连的岛屿上，当中一个名为小鹰镇的小乡镇。那里只是一大片沙地，那个地方有个恐怖的名字，叫做杀害恶魔的山丘。那就是人类动力飞行的发源地。 奥维尔自己回想起他为何会对飞行产生兴趣，关键该是父亲送的一份礼物。 当时爸爸出差回家时，在兄弟俩面前，抛出一个由橡皮筋连接两片螺旋桨的直升机立即飞了起来，或许因为如此播下了他们俩兄弟对人类飞行的种子。不久后又因为某个意外事故更引起了他们对飞行的兴趣，那就是奥托李连泰坠机身亡的消息。当时着个消息可说是震惊各界，远在美国的兄弟两人也为李连泰哀悼。韦伯在写给父亲的信中提到，虽然许多人热心研究飞行器，但到目前成果不足。这段话其实已经隐含着韦伯想挑战人类飞行的决心。 当时兄弟俩是自行车业，在自行车事业上轨道后，兄弟俩有更多的时间研读飞行的各种资料。当中动物学者马雷所著动物之构造一书刊登的鸟类照片，另兄弟俩着迷，甚至还买来望远镜观察。他们发现到要能在空中控制飞行，必须像鸟一样有够坚固的机翼以支撑整架飞机但又能够自由转动以控制方向，这两项条件达成才能够在空中稳定飞行。终于在1899年，莱特兄弟开始制造飞机，他们写信给史密斯松尼安协会，索取最新的航空资料，当中有许多前人的实验数据和飞行资料。但为了谨慎起见，他们从风筝开始作实验，在确认了操纵的可行性后开始打造滑翔翼，但因为需要更大且更安全的实验场地所以他们到处寻找适合的场地，韦伯还写信给华盛顿美国气象局，要球全美各地风力信息，最后终于选定在偏远的小应镇。这也就是为何会从家乡大老远跑去那里的原因。 从1901年的滑翔试验后，他们认为李连泰的做法和资料有误，但因兄弟俩数学能力不足，也无法找到更好的方法。后来在一场科学研讨会上兄弟俩发表了他们的研究成果，不但广或各界好评，这也使他们在航空界的地位迅速攀升，连欧洲方面也有许多人索取他们的研究资料。这也使的他们更有自信并放弃了李连泰的资料，决定自己从新实验，寻找更精确的实验数据。兄弟俩开始自行制作风洞，但其实风洞的概念并非兄弟俩发明，在莱特兄弟与飞行中有提到，早在1870年代英国工程师威汉姆（Francis Wenham）就自行制作，只是没有整流格子，所以还不算成熟。 1902年，在经历过多次的滑翔翼试飞后已经掌握了操控技术，这架滑翔翼是第一架具有俯仰、偏航、与滚转三轴控制的飞机，这是航空史上创新的发明。当然莱特兄弟进一步开始把重点放在动力飞行的发动机上，但当时却找不到拥有足够的马力又不至于过重的发动机。后来由于得利于自行车助理技师泰勒(Charles Taylor)所生产的12马力引擎，才成功解决动力部分。然而在当时螺旋桨更是一大挑战，因为当时人们都只把船舰的螺旋桨适度改良成在空气中使用，就连莱特兄弟也不例外，然而这种错误设计根本无法使飞机升空。后来莱特兄弟发现，螺旋桨不过是螺线轨迹运动的翼切形，但他们却花了一段时间才做出适合的螺旋桨。至于为何把螺旋桨放在后方，当时只是为了安全考虑。在经过长时间的等待适合的气候到来后，终于在1903年12月14日经由掷硬币后由韦伯展开第一次试飞，却只有3秒左右即坠毁，在修理过后，兄弟俩不愿再等待好天气，于是在12月17日顶着13m/s的风速，再度由奥维尔展开飞行，虽然在第12秒且只飞行了36公尺随即坠地，可是兄弟俩非常高兴因为他们已经完成了人类首次动力飞行。 当天他们共飞了四次，他们打电报通知七十四岁的父亲内容写到：我们今天早上做了四次试飞。当时风速21哩，我们在平地上发动发动机前进，平均时速31哩，最大航程57秒。请通知媒体。我们将在圣诞节前回去。 Orevele Wright 电报中兄弟俩把59秒误写为57秒，甚至奥维尔还把名字拼错，可见他们成功之后的喜悦。在他们成功以后，开始到美洲、欧洲等各地展演，不只科学界，连王室成员和陆军也开始对莱特兄弟的研究有了兴趣，而他们的成功也使航空开始进入喷射时代且太空时代也开始受到启蒙。莱特兄弟主要有以下几大贡献:莱特兄弟的重要技术突破 l 以桁架结构及钢索以减轻飞机结构重量。 l 建造了第一个有完整结构的风洞以筛选机翼外形并用于飞机设计。 l 以鞍座及钢索调整机翼形状，解决飞行姿态控制的问题。 l 发明了适用的四汽缸12匹马力引擎，成为真正动力飞机。 l 设计新式的螺旋桨,提升推进效率。 B. 横越英吉力海峡路易布莱里奥(Louis Bleriot) 在莱特兄弟成功后，航空活动说是在全世界发烧了起来。1909年由路易布莱里奥，以37分钟的时间飞越20哩宽的英吉力海峡，此次飞行显示飞机运输的极大潜力。这项成功也使大家开始相信航空是真正可以真正缩短空间的新交通方式，也开始改变人类对于速度和距离的各种观念。 当时伦敦每日邮报的老板提供500英镑给任何飞越英吉力海峡的人。甚至私底下还提供7500英镑要维尔伯莱特参赛，然而他认为这是无用的冒险举动而不屑尝试。最后则由法国年轻人路易布莱里奥获得此项荣耀。在此之后他的航空基础也使法国的航空基础在第一次世界大战领先多年，使英国感受到威胁而开始思考航空的重要性。 C. 单人飞越大西洋林白 美国海军的NC-4号为了横越大西洋，美国当时还出动了六十多艘军 舰，四架飞机与一架飞船勉强以逐岛飞跃的方式才成功跨越。所以真正说起来飞越大西洋的人应该首推林白(Lindbergh)，他本来是位默默无名的空运邮件驾驶，在他决定从纽约飞越3600哩到巴黎的举动时，看起来可说是胆大妄为的。因为当时论财力或经验都比不上他的竞争者，理查德拜尔(Richard E. Byrd)。但事实上林白在仔细评估前人的努力和经验后，他还吸收了所有当时竞赛者的想法，并且经过精密的计算以免发生错误。在经费有限的情况下，他委托加州圣地亚哥(San Diego)的莱恩(Ryan)小公司将原有的单翼机改成较大尺寸，并加装一些设备。在全公司的努力下只花了60天就完成制造和测试。 由于圣路易斯精神号需要很大的油箱所以从图可看出驾驶舱是无法看到正前方的，可说是一架名符其实的飞行油箱。1927年5月20日加满1700公升的油后升空启程，以平均时速118哩飞行了33.5小时终于在5月21日晚上10点成功飞抵巴黎，立即受到大批群众热烈欢迎，顿时成为英雄。林白还因此获颁国会荣誉勋章。林白的成功主要印证了引擎的可靠性，且使飞机不再只是表演的工具，而是可以真正成为交通工具。也因为如此让更多美国人开始投入航空事业。 D. 波音之父王助 或许鲜少有人知道目前全球鼎鼎大名的波音公司所设计出的第一架飞机可是由华人王助设计的，并且也帮波音公司成功卖出第一架飞机。 波音公司创办人威廉波音原本是一位木材商。1916年威廉波音与一位相同热衷于航空事业的军官威斯特夫成立了太平洋航空器材公司。1917年由于威斯特夫跟随美国海军参战，不得已必须离开公司。威廉波音也将公司改名为波音公司。由于他的离开使的威廉波音必须马上再找一位航空技术人才，后来威斯特夫找来了同是麻省理工学院毕业的同班同学王助，于是王助成为波音公司的第一任总工程师。原本已经有架设计出的B&W-1型水上飞机，但是起降成功率低所以一直乏人问津，后来在王助设计出双浮筒双翼的B&WC型水上飞机成功通过美军的测试。也为波音公司赚进57万美金，当时要是没有这笔交易可能就没有现在的波音公司了。 但是为何王助会放弃大好机会而回到中国，根据广东桥网指出有份史料写着:1917年冬，巴玉藻、王助、王孝丰为了报效国家，毅然放弃国外优越的工作条件和生活待遇，他们成为了最早一批留学归国的高级航空工程人员，但事实上其实是因为当时美国的种族歧视且担心王助会偷学美国的航空技术。后来王助也因此愤而回国。王助回国后也开始强烈建议北洋政府创办飞机制造厂，并且也开启了中国的航天工业。后来王助因为战事跟随国民政府撤退来台，然而因为他是出身北洋海军且因为一些身分背景的关系而一直未受蒋介石的重视，转而在成功大学教书，最后病逝于台南，终年73岁。 E. 台湾第一位飞行员谢文达 台湾第一位飞上青天的台湾人就是谢文达，1920 年在台中练兵场升空成为台湾天空史上第一人。他小时后在观赏过美国飞行表演家阿特史密斯的飞行漂演后立志学习飞行，台中一中毕业后随即赴日本伊藤飞行机研究所学习。谢文达在当时也算是一位抗日的重要人物，他时参加日本举办的飞行竞技大赛可说是艺高人胆大，以120公里在1400多公尺高空精湛的飞行技术获得第三名。当时他也立即成为台湾人在日本成名的英雄并为被日本人统治的台湾人扬眉吐气，可说是台湾之光 。而后他也和林献堂与蒋渭水等人在1923 年强往东京，发起台湾议会请愿运动 ，然而谢文达就驾驶着由台湾人自行募款购买的台湾号在东京上空散发传单。后来也因为抗日运动而退隐到中国担任空军一职。谢文达在他最爱的天空中为台湾奉献，可说是在台湾天空史上留下了一笔传奇故事。 参结论 当中我们可以发现非常有趣的现象，天灯、竹蜻蜓、风筝，的概念都有记载是由中国起源，但是却因为东西文化发展的差异，而有了不同的结果。中国似乎都只到了日常应用就停下脚步。我们也可以从时间点发现，从来特兄弟第一次动力飞行后，不到一百年间，贝尔X-1超音速飞机就已经被发明，当时奥维尔莱特也都还没过世呢!想必他当时也没料到会发展这么迅速吧。由于台湾的航天工业因为大环境下并不是非常兴盛，但也希望大家在看完我们的作品后，可以对航天有更多的了解和产生兴趣，一起享受畅游天空的快乐。 肆引注资料； 墨子卷十三。/Book/1/O-1-006-dd.htm。97/2/24 韩非子。/chinpcp/legco/o_h.htm。97/2/24 图1. /rocketry/01.html。 图2. 黄景桢 台湾风筝创作家。/index.htm。97/2/24 图3. /article/url/d/a/071227/45/qoqz.html。 图4. .tw/student/student_course.php?t_id=f4210&c_id=a945000。 图5. .tw/student/student_course.php?t_id=f4210&c_id=a945000。 图6. .tw/student/student_course.php?t_id=f4210&c_id=a945000。 图7. .tw/student/student_course.php?t_id=f4210&c_id=a945000。 图8. .tw/student/student_course.php?t_id=f4210&c_id=a945000。 图9. .tw/student/student_course.php?t_id=f4210&c_id=a945000。 图10. .tw/student/student_course.php?t_id=f4210&c_id=a945000。图11. http:/ww