海阔凭鱼跃 沈海军的航空与纳米 ...分享 http://blog.sciencenet.cn/u/沈海军 同济大学 教授Email:SHJ@tongji.edu.cn /SHJ@nuaa.edu.cn 版权所有

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形形色色的中国古代飞行器(科普.原创) 精选

已有 4847 次阅读 2018-2-26 15:27 |系统分类:科普集锦

沈玉清 沈海军

2013年4月26日,江西卫视《经典传奇》栏目播放了一档科技探秘类节目:《神秘中国古岩画里的飞机》。该节目所讲的故事发生在新疆西北部哈巴河县的多乃特山谷。说的是在该峡谷的岩石上,考古学家们发现了若干疑似飞机、飞碟、火箭等图案,并随之展开了调查。节目中谈道,碳14检测发现,这些疑似飞行器的岩画距今已有上万年的历史……

整个节目历时半个小时,视频画面、解说和配音充满了浓郁的神秘感。尽管如此,岩壁上万年的疑似飞行器图案到底是什么东西?远古中国的飞行器,狩猎用的器具,还是外星人的UFO?观众听得云里雾里,直到节目末了也并未有定论。

讲到这里,一些读者一定会好奇,古代中国人民有没有发明过飞行器?如果有,都发明了那些飞行器?本文将聊聊这个有趣的话题。

一、从“飞天”到舜帝,再到竹蜻蜓

  中国人自古就有飞天的梦想,如佛教绘画中,飞舞的菩萨、天女、伎乐等的所谓的“飞天”形象。“飞天”最初出现于中国西北地区的石窟壁画上,最具有代表性的当属甘肃省敦煌莫高窟壁画。飞天大多体态丰满,衣袂飘飘,在天上飞翔,动作优美;或弹奏乐器,或散花人间……这些艺术杰作反映了中国古人希望超越肉身,在天空中自由翱翔的梦想。

   相传上古的领袖舜是第一个利用器物飞行的中国人。《史记·五帝本纪》记载:舜的继母和弟弟象嫉恨舜,常在舜的父亲瞽(gu)叟前面讲舜的坏话,一来二去,瞽叟便对舜产生了厌恶,心生杀念。一次,瞽叟让舜修补谷仓屋顶。舜刚上去不一会,他便悄悄地点燃谷仓。舜当然不会坐以待毙,于是用两顶大斗笠做翅膀,从谷仓上滑翔而下,得以逃生。这就是中国史料记载中最早使用飞行器的故事。很显然,舜的斗笠其实相当于降落伞。

春秋时期,中国人发明了竹蜻蜓。这个简单而神奇的玩具流传至今,经久不衰。竹蜻蜓外形呈T字形,通常用竹子制作。横的一片是螺旋桨,中间开孔,插入一根竹棍。两手搓转竹棍,竹蜻蜓就会旋飞上天。18世纪,竹蜻蜓传到欧洲,被称为“中国飞陀螺”。英国“航空之父”乔治·凯利曾对竹蜻蜓十分痴迷,他的第一项航空研究就是仿制改进“竹蜻蜓”,解析螺旋桨的工作原理。因此许多人认为,中国的竹蜻蜓就是现在直升机的最初雏形。

二、风筝与载人风筝

风筝,古人称之为鸢(yuān)。早在春秋战国时期,中国便已出现了木制的风筝。据考证,东周人墨翟,曾“费时三年,以木造鸢,飞升入天”。粗粗算来,距今已有2400年。

到了东汉,蔡伦造纸术在坊间开始推广,纸糊风的筝在中国北方地区流传开来。经过代代相传,制作手艺不断推陈出新,材料和工艺愈发精良;风筝式样、性能也大为改观。

据唐代《独异志》记载,梁武帝曾利用风筝作军事用途,来传达消息。13世纪时,金、蒙战役中,金人曾放出风筝,附带鼓励被俘兵士叛逃的传单;当风筝飘到蒙古兵战俘营上空时,他们便把线切断,将传单散播出去。

以上说的是“无人”风筝,事实上,我国古代文献中也有若干风筝载人的记录。

譬如,公元19年,为攻打匈奴,王莽下令招募异能之士。一日,有人称会飞,王莽很高兴,于是让他当场试验。此人便在长安举行飞行表演。《汉书·王莽传》是这样记载此事的:“取大鸟翮为两翼,头与身皆著毛,通引环纽,飞数百步,堕。”

这是关于我国古人飞行的重要记录,可惜文字太过简略,不仅“飞行家”没名没姓,而且飞行方法—“通引环纽”到底是怎么回事,也语焉不详。不过,后人猜测,此人极有可能利用了风筝滑翔的原理。

另一我国古人飞行的记录发生于公元529年。据《北史》记载,当时的北齐皇帝为高洋,此人生性残暴,常草菅人命。在一次宗族冲突中,他屠杀了对方700余人,对方只剩一个叫元黄头的人。于是,高洋命人将元黄头押至一67丈的高台上,强迫其乘风筝跳往下,供自己取乐。但元黄头随风“飞”到城外,居然安全落地。遗憾的是,元黄头最后还是被高洋杀害了。

三、中国古代火箭

在火箭技术方面,我国古代曾有光辉的历史。

我国最初发明的用火药做的火箭,是靠人力用弓发射出去的。后来,人们又发明直接利用火药的力量来推进的火箭。这种火箭的构造,和现在大家过年放的炮仗--“起火”类似,箭上有一个纸筒,里面装满火药,纸筒的尾部有一根引火线。引人线点着以后,火药就燃烧起来,变成一股猛烈的气流从尾部喷射出去,利用喷射气流的反作用力,火箭就能飞快地前进。

这种由火药喷射推进的火箭,极有可能在宋朝时候就已经出现了。《宋史·兵志》记:“时兵部令史冯继升等进火箭法,命试验,且赐衣物、束帛。” 还有史料记载,1126年,金军攻打北宋都城汴京(今河南开封),宋军曾以火箭抗击,给金军造成很大的杀伤。

到了明代,火箭威力被发挥到了极致。

明朝初期,有人根据火箭和风筝的原理,发明了原始的飞弹:装有翅膀的“震天雷炮”。攻城的时候,只要顺风点着引火线,震天雷炮就会一直飞入城内,等引火线烧完,火药就爆炸起来。


明代还出现过一种被称为“神火飞鸦”的火箭。这是一款用竹蔑扎成的“乌鸦”,它的内部装满火药,发射以后,能飞一百多丈远才落地。就在这时候,装在“乌鸦”背上跟起火相连的药线也烧着了,引起“乌鸦”内部的火药爆炸,一时烈火熊熊,在陆地上可以烧敌人的军营,在水面上可以烧敌人的船只。

这两种东西—震天雷炮和神火飞鸦,可以说都是最早的飞弹了。

不仅如此,明朝军队还把几十枝火箭装在一个大筒里,把各枝火箭的药线连到一个总线上,发明了所谓的“一窝蜂”。用的时候,将息线点着,传到各枝火箭上,就能使几十枝火箭一齐发射出去,威力无比。

根据《武备志》一书的记载,明朝曾发明过一种名为“火龙出水”的原始 “两级火箭”:用一根五尺长的大竹筒,做成一条龙,龙身上前后各扎两枝大火箭。两枝大火箭实际上相当于第一级火箭,用来推动龙身飞行。在龙腹里,装若干支火箭,这是第二级。使用的时候,先点燃第一级火箭,飞到两三里远,引火线又烧着了装在龙腹里的第二级火箭,它们就从龙口中直飞出去,烧杀敌人。

在明朝,曾有官员幻想利用火箭的力量来实现载人飞行。这件事写在外国人赫伯特·瑟姆的书中。他写道,有一明朝官吏-万户,曾在一把椅子后面,装上四十六支大火箭,人坐在椅子上,两手拿着两个大风筝。然后叫人用火把这些火箭点着,他希望借着火箭推进的力量,再加上风筝上升的力量,使自己飞向前方。很遗憾,实验并没有成功,但万户飞天的勇气实在令人敬佩。

四、孔明灯与走马灯

说到“孔明灯”,可能很多人会以为是三国时诸葛亮发明的,其实至今并没有发现诸葛亮发明孔明灯的史料。孔明灯多用松脂为燃料。早期常用于夜间军事活动传递信息,故又是“信号灯”。现代人则多用其祈愿,故也称其为“许愿灯”。

孔明灯是中国古代的重要飞行器发明之一。据《淮南万毕术》记载:“艾火令鸡子飞。”这句话的意思是,将燃烧的艾火放进鸡蛋壳里,艾燃烧产生的热气可以让鸡蛋壳飞起来。

鸡蛋壳为什么能飞?其实道理很简单,就是“热气球”原理。孔明灯发明以后,最早并非民用,而是军用。唐宋时已被成功运用到军事领域,一直到晚清,孔明灯都是指挥作战和传递情报的重要工具。据《纪效新书》记载,明将戚继光夜间曾成功使用不同颜色的孔明灯组合来指挥对倭作战。

随着造纸术的发明,人们后来使用蜡纸来制作孔明灯,这种纸阻燃、防雨,还聚气。诗人陆游在《灯笼》中称:“灯笼一样薄蜡纸,莹如云母含清光。”古代孔明灯的制作方法与现代差不多,一般是用竹篾扎成一个球形灯架,上方不留出口,糊上纸勿令漏气。灯下点燃松脂,灯内充满热空气,即可冉冉升空。


图7 孔明灯与走马灯

走马灯相传为五代时期莘七娘所发明。走马灯与孔明灯都利用了热学原理;但不同的是,孔明灯是往上升腾,走马灯是在地上旋转。走马灯利用热对流作用,通过下部热空气上升,带动叶轮旋转,这与现代燃气轮机原理相似,故有人也认为,走马灯便是现代喷气式发动机的鼻祖。

宋朝人非常喜欢“走马灯”,南宋诗人范成大诗中写的“映光鱼隐见,转影骑纵横。”即是一种走马灯。与火药一样,走马灯也是在宋朝时传入了西亚,随后走向世界的。

现在,走马灯工艺已完全民间化,普通艺人都会做。逢年过节,一些地方的庙会上经常会挂出若干“走马灯”出来,供大家欣赏。但又有多少人知道,他们正观赏的居然是航空喷气发动机的最初雏形呢!


五、中国古代飞车

在去年某期的《百科知识》中,我们曾介绍过我国商代奇肱国人以及明朝工匠徐正明等制作的“飞车”。事实上,中国古文献中记载的“飞车”远不止这两个。

葛洪在《抱朴子》中曾记载了一种名叫“飞车”的机械。书上写道“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,上昇四十里,名为太清。”仔细分析下,这极有可能是带动力的大型竹蜻蜓,一个薄片做旋翼,中间是轴承,下面是用来蓄力的拉弓牛皮绳,皮绳一拉,旋翼就通过扭力上升。


图 8 中国古代文献上记载的飞车


元顺帝时期,有一名姓王的漆工,也制造过一架“飞车”。据记载,这种“飞车”两旁有翼,内设机轮,转动则升降自如,上面装置一袋,随风所向,启口吸之,使风力自后而前,鼓翼如挂帆,度山越岭,轻若飞燕,一时可行四百里,愈高飞速愈快。

也有文献记载,明朝宪宗时期,松江城人在半空中看到一不明个人造物,当时人称之为“飞车”(也有人称其为“飞船”),该“飞车”从东向西飞行,转而折向东去,最后徐徐盘旋,降落在一座楼上。后来,人们发现这架“飞车”是用茭草编织的,但是驾驶者早已不知去向……



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