人类是怎样飞起来的？

代达罗斯和伊卡洛斯

人类飞向天空的梦想由来已久，早期的人类也羡慕鸟类只需轻轻拍打几下翅膀就能轻而易举地摆脱猎物。这种想要像鸟一样飞翔的强烈愿望可以在人类历史上的所有故事和神话中看到。以希腊神话中代达罗斯和他的儿子伊卡洛斯为例。据说它们是用蜡把鸟的羽毛粘在一起做成翅膀飞起来的。现在我们知道这些故事并不真实，但我们不得不佩服人类的创造力和想象力，也意识到人类想要像鸟一样飞翔的强烈愿望。

以我们现在所掌握的知识，回看早期人类的飞行的尝试感觉既有趣又滑稽。其中的一个搞笑的故事发生在公元852年,一个叫Armen Firman的西班牙人，他发现鸟能飞起来是因为它们身上有羽毛，所以它就做了一件类似鸟翅膀的衣服，还在全身上下都覆盖了羽毛，这样做可能是为了让空气觉得它也是只鸟。然后他爬上了城市里最高的建筑，纵身一跃。结果很明显，由于翅膀衣服的阻力，他只是受了轻伤。但他覆盖在身上的羽毛，被风吹的漫天飞舞。

今天，我们聊一聊鸟类是如何飞行的，我们人类如何尝试模仿这种能力，以及我们人类早期的飞行器。

大自然的启示：鸟类

现在让我们来讨论一下这些会飞的神奇生物。

鸟类以其飞行能力而闻名的脊椎动物。进化过程中虽然其中一部分鸟类已经失去了战斗能力，但它们都有翅膀（除了象鸟好像进化的时候忘记了自己的翅膀一样）。鸟不仅会飞，而且还能跑、游泳甚至潜入水中（如翠鸟）。世界各地都有鸟类，它们是最常见的动物。

鸟类的身体可以说就是为了飞行而设计的。例如，它们的翅膀上覆盖着羽毛，而且边缘呈流线型，这样就能更好的产生升力，它们的喙非常适合在飞行时穿透空气以减小阻力。它们有强壮的肌肉和尾羽，能够引导自己向所需的方向飞行。

蜂鸟

鸟类的消化系统使它们在飞行中也能随时进食。因此，它们需要做的就是用喙抓住食物吞下，然后在休息时消化食物。甚至鸟类的繁殖方式也表明一切的设计都是为了更好的飞行。它们不把幼崽带到体内，选择产卵并孵化，这样就会减轻飞行时的身体重量。

Q1、鸟儿是如何飞翔的

鸟类的飞行能力可以通过研究鸟类的身体特征来理解。基本上有四种力影响着包括鸟类在内的所有物体的飞行。这些力是：重量，升力，阻力和推力。

• 重量是由于鸟的质量所产生的力。
• 升力是把鸟向上推所需要的力。
• 阻力是在飞行中空气对鸟的阻力。
• 推力是鸟克服阻力并持续飞行的力。

通过研究鸟类身体的物理特征，我们将了解鸟类是如何操纵这四种飞行力，使其发挥优势。

Q2、物理特征，身体结构

观察鸟类的身体结构，鸟类有轻盈光滑的羽毛，这减少了它们的重量和空气阻力。不像我们人类有大量的脂肪和沉重的骨头，鸟类的骨头是中空的，因此重量特别轻，而且这些骨头里含有气囊。

虽然鸟类的骨头很轻，但它们的骨骼却非常坚硬，同时拥有非常强壮的肌肉，可以帮助它们产生足够的推力来飞行和承受空气压力，也不至于发生骨折。它们流线型的身体很容易穿透空气，这样将大大减小空气的阻力。

鸟的骨架和翅膀

Q3、翅膀与飞行

除了肌肉和骨头的设计外，另一个有趣的事情是鸟类翅膀的形状。由于它们翅膀的设计方式，当鸟类飞行时，空气在其表面上方快速移动，这样就降低了翅膀顶部的空气压力，同时增加翅膀下方的空气压力，所以在这个过程中就产生向上的升力。而且，当鸟类将翅膀倾斜成一定角度时，它会使空气向下偏转，反过来，根据牛顿第三定律，翅膀会受到向上的反作用力，从而产生升力。

我们已经了解了鸟类是怎样飞行的，让我们来了解一下它们的一些飞行动作。

Q4、获得飞行的初始推力

鸟类有不同的起飞程序。一些是通过肌肉和翅膀的拍打获得起飞所需的初始推力，并直接起飞。还有一些在起飞前必须跑一段距离来获得初始推理。而另一些则必须依赖于重力，例如，从高处跳下时的瞬间产生的推力。

Q5、拍打

鸟类翅膀的上下运动被称为拍打。通过翅膀拍打来推动自己前进。但单靠拍打翅膀并不能产生升力，而且在每一个向下的襟翼上，翅膀都应该处于正确的仰角，这样才能朝着它想要的方向移动。

Q6、滑翔

在滑翔过程中，鸟类伸展翅膀的同时保持倾斜的角度，这样空气就会向下偏转并产生向上的推力，使它飞得更高。这种升力并不能阻止鸟儿受到空气阻力，因此会造成飞行速度降低，这时鸟儿会时不时地倾斜身体，稍微下潜，继续保持速度向前飞行。

当人类开始了解鸟类如何飞行时，我们就开始了各种的尝试和模仿。现在让我们看看人类的航空史以及我们人类是如何实现飞行梦的。

人类航空的历史

人类对飞行的渴望可以追溯到公元前428年。中国是第一个在航空领域迈出第一步的国家。在5世纪，中国人发明了人工举升的风筝。我们认为这些人工举升的风筝是人类制造的第一架飞机。后来，中国在同一个世纪发明了旋翼飞行器，在公元前3世纪发明了热气球。

航空领域的第一次重大突破是在14世纪到17世纪之间，著名的发明家列奥纳多·迪·皮耶罗·达·芬奇发明了飞行螺旋桨和降落伞，在他的日记里，他写了一份关于飞机应该如何工作的草稿，也写下了一些关于飞机应该如何工作的想法。尽管他的想法不太正确，但这是人类在飞机制造上的第一次重大突破。

人类18世纪开始了航空的新纪元。为了搞清楚这一点，我们将把航空分为两大类:第一类是比空气轻的航空，另一类是比空气重的航空。

Q1、轻航空

当时人们认为应该选用一些材质更轻的材料更容易飞起来。这个想法很符合逻辑。如果你用氦气或热空气之类的轻气体填充气球，气球会升得很高。基于这个想法，雅克-艾帝安-孟格菲和他的兄弟约瑟夫-米歇尔于1783年6月4日设计、制造并放飞了他们的热气球。同年8月，安妮-吉恩和他的兄弟尼古拉-路易斯-罗伯特以及他们的朋友雅克-查尔斯乘一个氢气球飞越了巴黎的战神广场。

11月21日，蒙哥菲尔兄弟放飞了载有两名男子的热气球。25分钟内飞行了9公里。虽然热气球的升空是一个很大的成就，但它有一个主要的缺点，那就是它缺乏机动性，但是人类使用相同的原理通过发明飞艇解决了这个问题。最著名的飞艇是由德国齐柏林飞艇公司制造的。飞艇是最早用于把乘客从一个地方运送到另一个地方的航空器。不幸的是，当时一艘飞艇起火，炸死了乘员和乘客，还有一名在地面工作的人，飞艇时代的结束标志着36人的死亡。

Q2、重航空

从官方的角度来看，我们把莱特兄弟第一次驾驶飞机的那一天视为航空事业真正开始的第一天。1903年12月17日，也就是奥维尔·莱特和威尔伯·莱特驾驶他们的试飞的那一天，它们总共进行了四次试飞，最长的一次飞行在59秒内飞了259米。他们的飞机与之前的飞机的不同之处就是飞行动力和操控性得到了大幅提升。这成为往后飞机设计的两大重要标准。

1914年1月14日，一架以他们的想法为模型的飞机被用来把人们从圣彼得堡运送到坦帕再运送回来。虽然这项运输服务只持续了短短的4个月，但它鼓励人们把更多的时间和资源投入航空事业。在20世纪20年代至30年代开始，人类就已经开始掌握了飞行技巧。

在人类飞翔之前，我们最大的梦想是够像鸟儿一样飞翔。当人类第一次乘坐人工风筝升空时，我们感受到了一时的满足，但人类渴望更加稳定，操控性更强，速度更快的飞行体验，为了满足欲望，人们总是能表现出非凡的智慧，所以热气球、飞艇、飞机相继诞生，随着近几十年的发展我们已经征服了天空，但我们人类的航天视野才刚刚起步，我能能像征服天空一样征服宇宙吗？