動力飛行器

自古以來，人類都夢想可以在空中飛翔。可惜的是，人類太重了，肌肉的力量不夠，所以飛不上天。1781年，瓦特發明了旋轉式蒸汽機。1876年，尼古勞斯·奧托改良了瓦特的發明，製造了一個內燃機。現在人類發明了可以產生動力的引擎，有製造飛行器的條件了，但誰可以製造出一個動力飛行器呢？

韋伯·萊特和奧維爾·萊特兩兄弟小時候去放風箏，就已經開始夢想可以在空中飛翔。後來，他們從製造腳踏車學到機械工程的技術。萊特兄弟發覺如果人想要在空中飛行，最先要克服的問題就是要設計出一個可以控制的飛行器。飛行器如果不能在空中保持平衡，就像沒有車把的腳踏車一樣，完全沒有用。韋伯觀察飛行中的鴿子，留意到牠們轉彎時都會側著身子，就好像人騎腳踏車轉彎時一樣。他得出一個結論就是：鴿子轉彎時可以保持平衡，是因為牠們翅膀的尾端可以扭轉。韋伯想出了一個好點子，就是要製造可以扭轉的機翼。

1900年萊特兄弟製造了一個飛行器，安裝了一對可扭轉的機翼。他們先把這個飛行器當作風箏放到空中，然後當作滑翔機，由人駕駛。他們又發現飛行器需要三個基本的控制軸，也就是俯仰軸、滾轉軸和偏航軸，才可以調整飛行器的飛行姿勢。可是，他們所設計的機翼不能提供足夠的上升力，令他們大感失望。於是他們做了一個風洞來測試機翼功能。他們製造了幾百個不同形狀的機翼，最後終於做出一個形狀、大小和角度都很理想的機翼。1902年，他們製造了一個新的飛行器，即使空中有風，這個飛行器也可以保持平衡。那麼，現在他們可以把引擎放在飛行器上嗎？

可以，但萊特兄弟必須先製造一個適合的引擎。在當時來說，要設計一個螺旋槳非常困難，但由於他們做過很多風洞實驗，所以知道該怎樣解決設計螺旋槳時遇到的複雜問題。1903年12月17日，這一天寒風凜凜，引擎發動了，螺旋槳也開始轉動，飛行器終於飛上天空了。奧維爾說：「我們童年的夢想終於實現了！我們會飛了！」萊特兄弟也成了國際名人。他們設計出有動力的飛行器，可以翱翔天際，他們的靈感是從哪裡來的呢？不錯，大自然也有功勞！

［第4頁的圖片］

1903年美國北卡羅來納州，萊特兄弟的「飛行家號」（模擬圖片）

大自然早就有了！

「問問天上的飛鳥，飛鳥必告訴你。……誰不知道這是耶和華的手所造的呢？」——約伯記12:7-9

如果你觀察鳥類，就會看出牠們都是天生的飛行高手。例如，鳥兒在飛行時，牠們的翅膀中羽毛的主幹（又稱為羽軸）一定要能夠承受鳥本身的重量。鳥類的翅膀為什麼這麼輕盈又這麼堅固呢？只要你把羽毛的羽軸切開就可以知道了。羽軸裡面好像海綿一樣，而羽軸表面則很粗糙，整根羽軸看起來好像是工程師所用的發泡三明治梁。工程師研究了羽軸的結構後，就設計了發泡三明治梁，應用在飛機之上。

鳥類骨骼的結構也是很令人驚嘆的設計。鳥類的骨骼大部分都是中空的，而裡面則有細小的橫肋骨做支撐，這樣的骨架結構很像工程師所用的桁架（華倫式梁架）。值得一提的是，太空穿梭機的機翼也使用類似的設計。

今天，飛行員是靠著調整機翼的幾片襟翼（即機翼可以活動的部分）和尾翼的翼片，讓飛機在空中保持平衡。而鳥兒的翅膀和肩膀則有大約48組肌肉，鳥兒就是靠著調整這些肌肉來控制翅膀或個別羽毛的運動，鳥兒一秒還可以調整好幾次呢。難怪，飛機的設計師都很羨慕鳥兒的飛行絕技！

鳥兒飛行時，特別是起飛時，都要消耗很多能量，所以，鳥兒需要一個很強的「引擎」。跟大小相同的哺乳動物相比，鳥的心臟比較大也比較有力量，而且心跳速度更快。還有，鳥兒肺部的結構也很獨特，是用單向氣流作用來設計的，所以鳥兒的呼吸效率比哺乳動物更高。

許多鳥兒被設計成有驚人的「載油量」，很適合長途飛行。就拿鶇鳥這種候鳥為例，牠們飛行10小時所消耗的能量，差不多是自己體重的一半。另一種候鳥斑尾塍鷸從阿拉斯加遷徙到新西蘭，起飛前牠身體的脂肪佔了體重的一半以上。而令人驚訝的是，靠這些脂肪，斑尾塍鷸就可以不停地飛大約190小時（8天）。想想看，哪種商用飛機有這麼高的飛行效率呢？