萊特兄弟與航空工業發展史

■科學月刊■耿驊（任職交通部民用航空局）凌雲御風一直是人類的理想。自古以來，人類就夢想能夠像鳥一樣的在天空自由飛翔，許多神話與寓言都曾提及人類對飛行的失敗與嘗試，而竹蜻蜓、風箏、孔明燈等童玩更是人類所製造最原始的飛行機械。直到1783年，法國蒙哥費爾兄弟受到熱氣在火爐中不斷升起現象的啟發，把熱氣聚集起來作成能夠隨著浮力不斷上升的熱氣球，並進行了世界上第一次載人飛行，比萊特兄弟的飛機還早了120年。但熱氣球和它的進化版——裝上控制舵與螺旋槳的飛船都屬於「輕於空氣」的航空器，無法像鳥類輕盈靈活地作出各種飛行動作，雖然兩者在19世紀都順利搭上了蒸汽機、內燃機和電動機等原動力技術發展的列車，作為軍事用途而有後續源源不斷的創新，1930年代飛艇發展最盛時期，納粹德國的「齊伯林」號已儼然成為第三帝國的象徵物。但在工程意義上，輕於空氣的航空器並無法「像鳥一樣地騰飛」。飛機概念的形成重於空氣的航空器最直接的概念就是在人的身上裝個翅膀，振翅迎向未知的天空，西方伊卡爾斯神話及中國工匠始祖魯班傳奇中均曾出現。實際上，受限於骨架的結構，僅憑人力是無法模仿出鳥類利用強大Y型胸骨拍翼振翅所同時產生的渦流升力與推力，再加上鳥類飛行時的空氣動力原理與飛機並不全然相似。然而這種稱為拍翼或撲翼機的概念，從遠古傳說到文藝復興時期的達文西都深受其影響，現今世界各地不斷舉辦的鳥人大賽，可以說是人類對此慾念的強烈執著。▲萊特兄弟所設計建造的第一台動力飛機「飛行者」。圖為飛行者首次成功試飛之影像，攝於1903年12月17日。（圖／科學月刊提供）1799年，來自英國約克夏郡的凱利爵士突破了傳統觀念，意識到飛行的秘密不在於鳥類如何拍打翅膀，而在於鳥類如何不動翅膀而滑翔。當時的學術界崇尚理性實證，他也在自家的實驗室裡建立了旋轉臂式的迴旋儀，用實驗數據證明了平板翼型上、下表面的壓力差可以產生升力，而升力又與面積、攻角以及速度的平方成正比。他同時也是第一個提出利用機尾的水平尾翼和垂直尾翼來增加飛機的安控能力想法的人；至於推力顯然已無法由機翼獲得，需要另行安排動力裝置。他在晚年時製作了一具機翼固定、尾端以接頭安裝一個可以活動尾翼的滑翔機並試飛成功，形塑了現代飛機的基本構型。（全文見科學月刊2013年1月號封面故事-萊特精神的昨事今飛—人類首航成功110週年紀念）本版內容由台灣立報與《科學月刊》合作出版。《科學月刊》網址：http://www.scimonth.com.tw/