1.3 達·芬奇與航空的美麗邂逅（1487年）
藝術大師列昂納多·達·芬奇（Leonardo da Vinci，見圖1-16）被譽為歐洲文藝復興時期的完美代表，是人類歷史上絕無僅有的全才。達·芬奇最大的成就是繪畫，曠世杰作《蒙娜麗莎》《最后的晚餐》等作品，展現了他精湛的藝術造詣。同時他還是學者、天文學家、發明家、建筑工程師。他還擅長雕刻、音樂，通曉數學、生理、物理、地質等學科，既多才多藝，又勤奮多產。鮮為人知的是，達·芬奇竟然還是航空科學家，是撲翼機、直升機設計師，人類飛行的暢想者！
圖1-16 達·芬奇
在20世紀初美國萊特兄弟發明飛機取得成功的時刻，人們一直認為航空科學不過只有百年的歷史。直到20世紀20年代，達·芬奇的航空論著和圖紙重見天日時，人們才真正發現達·芬奇是航空科學的奠基者，可惜這一認識來得太晚，歷史已整整過去了400多年！
可誰又知道，達·芬奇結緣航空竟是源自他幼兒時與飛鳥的一次被動的“親密接觸”。
達·芬奇晚年在筆記中寫道：“我似乎命中注定要論及飛鳶，因為在我幼年最初的記憶中，仿佛曾有一只鳶飛向搖籃中的我，用尾巴撬開我的嘴，并用尾巴在我的嘴里拍打數次。”
在達·芬奇家鄉，鳶在天空展翅翱翔是常見的景象。鳶有長長的分叉的尾巴，優雅舒展而又略微拱起的翼展，濃密柔和的黃褐色翅末尾羽在天空的映射下閃閃發光。但這鳶，竟然在幼兒的小嘴間拍打，好一個美麗的“邂逅”！難道，正是這只鳶的“意外造訪”，觸動了達·芬奇幼小的心靈，引領他長大以后去叩擊航空之門嗎？
達·芬奇于1452年出生在意大利西部的一個小鎮。７歲時，他到附近的小學堂讀書，但是，他對課堂上那些枯燥的拉丁文不大感興趣。時常一清早就從家出來，在上課之前，躺在山谷的草地上，出神地注目著在藍天盤旋的鳶和別的鳥兒，他在想象著它們飛翔的奧秘。
17歲時達·芬奇師從佛羅倫薩著名畫家、雕刻家和金匠韋羅基奧，他的藝術才華得到充分發掘和展現。29歲時達·芬奇來到米蘭，在米蘭的18年，是他藝術上的成熟期和輝煌期，完成了一批舉世矚目的繪畫作品。也正是在米蘭，他還作出了向航空科學研究進軍的重大抉擇。
達·芬奇觀察鳥的飛行，到了癡迷的地步。他以嚴格的科學態度對鳥類飛行進行了長時間的細微觀察，發現了許多有趣現象。例如，關于鳥翅膀的搧撲方式，鳥在飛行時運用翅膀與尾巴搧撲的方式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，鳥改變飛行方向時，采取收縮一邊翅膀長度的方法。他通過觀察得知：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。
達·芬奇對鳥類雙腿的作用也研究得極為細致。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，就是鳥的雙腿的翻版。
達·芬奇認為，鳥是一架按數學原理工作的“機器”，人類有能力仿制這種機器和它的全部運動。1487年，達·芬奇動手設計撲翼機，畫出了設計草圖（見圖1-17、圖1-18）。他認為，人的臂力不足以扇動機翼，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。
圖1-17 達·芬奇設計的人力撲翼機草圖（一）
圖1-18 達·芬奇設計的人力撲翼機草圖（二）
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組成，通過一套輪子和連桿，使每一根骨架都產生多種彎度，從而達到模仿鳥的撲翼動作的目的。圖1-19為根據達·芬奇設計的撲翼機復制的全尺寸模型。
圖1-19 根據達·芬奇設計的撲翼機復制的全尺寸模型
達·芬奇于1505年完成了科學筆記《論鳥的飛行》。
達·芬奇還設計了直升機草圖并制作了模型。圖1-20所示的直升機草圖是在達·芬奇1483年所寫的筆記中發現的。直升機的升力由旋轉著的螺旋槳產生（即今天的旋翼）。直升機螺旋槳直徑5米，他設想中間站著4個人來驅動螺旋槳。他還繪制了降落傘草圖，其外形呈四棱錐形，像一座小金字塔。
圖1-20 達·芬奇設計的直升機草圖
現代科學已經證明，從達·芬奇開始，幾百年來航空先驅們設計的多種撲翼機均未成功的原因，主要在于人的體力所不能及。科學試驗測出，健壯的人在10分鐘內只能連續發出0.26千瓦的功率，按每千克體重所能發出的功率計算，人類遠不如鳥類。就鴿子而言，每千克體重發出的功率竟是人類的15倍。之所以會有這樣大的差異，當然是多少萬年來生物進化的結果；其次，在當時的條件下，不可能造出質量輕、飛行效率高的撲翼機。
盡管達·芬奇的撲翼機、直升機當時未能成功，但他留下的科學遺產卻是十分豐富而彌足珍貴的。1754年，俄國科學家羅蒙諾索夫制作了直升機模型（見圖1-21）。1854年，法國人布雷昂設計出了撲翼機（見圖1-22）。
圖1-21 羅蒙諾索夫1754年制作的直升機模型
圖1-22 1854年布雷昂設計的撲冀機
達·芬奇與航空邂逅的故事是美麗的，這種美麗甚至惠及到他創作巨作《蒙娜麗莎》。據說，達·芬奇為了喚起蒙娜麗莎的模特—當地銀行家妻子發自內心的情感，曾煞費苦心地請鋼琴師為她演奏，讓丑角為她表演。但是，這個冷漠的貴婦人始終不為所動，達·芬奇得不到他想要捕捉的東西。一天，貴婦人無意中翻閱達·芬奇草圖時，發現了鴨掌的圖畫。達·芬奇向她解釋，這是他為研究和設計飛行器而畫的，因為鴨子在水中滑行和飛鳥在空中飛翔有某種相似之處，鴨掌滑水動作雖然簡單，但隱藏著飛行的某種秘密。貴婦人聽到這番話，不經意間心情豁然開朗，由衷地發出了微笑。這一難得的表情立即被達·芬奇捕捉，成為令后世多少人魂系夢牽的蒙娜麗莎“神秘的微笑”。
圖1-24為達·芬奇的名作《蒙娜麗莎》，此畫現珍藏于法國巴黎羅浮宮博物館，成為該館的鎮館之寶。
圖1-24 達·芬奇名作《蒙娜麗莎》
延伸閱讀 500多年后，達·芬奇的撲翼飛行夢想終成現實
2010年8月，多倫多大學宇航研究院動力學博士生托德·里克特駕駛“雪鳥”人力撲翼機（見圖1-23）在加拿大安大略省五大湖滑翔俱樂部成功地進行了首次飛行，飛行19.3秒，飛行速度25.6千米/時，飛行距離145米。“雪鳥”是托德·里克特研制的全球首架由人力驅動、通過撲動機翼實現連續飛行的人力撲翼機。
“雪鳥”的翼展約32米，超過波音737大型客機（28.88扇米），但全機重量只有42.6千克。飛機的動力由飛行員在駕駛艙里蹬車輪提供，車輪旋轉時通過連在一起的滑輪和繩索帶動機翼上下撲騰，產生向上向前的動力。
圖1-23 加拿大“雪鳥”撲翼機