有趣的是,古代中国人对空气动力学与飞行关系作出了最早的科学猜测。《庄子·逍遥游》写道:“风之积也不厚,则其负大翼也无力。故九万里则风斯在下矣,而后乃今培风;背负青天而莫之夭阏〔e厄〕者,而后乃今将图南。”意思是说,大气若是没有足够的厚度,那么它要承载巨大的翅膀就没有力量。所以大鹏展翅九万里,那是由于它下有大气的支托,后有快速流动的旋风;因此它背负青天飞行而没有阻碍,然后才能飞往南海。想象奇特的庄子在此推测了大鹏展翅九万里的力学原因。他的设想,包括了飞行物体的“翼”、大气及其阻力、大风或旋风的举力。这个设想几乎包含了近代飞行动力学中全部物理因素。直到近代科学诞生之后,甚至到19—20世纪才逐渐地、缓慢地得到科学证实。17世纪后期,惠更斯(C.Huygens,公元1629—1695年)首先估算了物体在空气中运动的阻力;18世纪,牛顿将这种阻力表述为数学式。此后,随着流体力学和航空技术的发展,20世纪初人们才提出飞行机翼或翼型、飞行器所需的举力、减小飞行阻力和提高速度等问题,证实了庄子在《逍遥游》中的猜想。
科学想象到科学实践之间的确有一段相当长远的距离。要实现科学想象,尚需付出艰辛的劳动,甚至一代又一代孜孜不倦的探索。从《庄子》的想象到飞机最终在天空中安全飞行,人们付出了多少代价,就可想而知了。我们暂且撇开飞行动力学的理论问题不谈,而先谈谈古代中国人所作出的有助于飞行技术发展的某些努力、幻想、发明,看看他们的举动哪些是幼稚的,哪些是聪明的。
众所周知,战国时期的墨子曾和他的弟子花三年工夫制造一只会飞行的木鸢。东汉张衡也创制了飞行木鸟,“假以羽翮,腹中施机,能飞数里”(《太平御览》卷七五二引《文士传》)。可惜,这些记载过于简略,我们难于推测其中的奥秘。然而,中国人发明的风筝被世界航空史界公认为最早的飞行器。对于16世纪之前的欧洲人来说,它是闻所未闻的东西。第一次世界大战前,某些飞行先驱称自己的试验飞机是“动力风筝”、“巢形风筝”,可见它对动力学思想的发展曾起着重要作用。
风筝,初名为纸鸢、纸鹞、风鸢,形状似鸟。它在空中飞行受到三种力的作用:重力、空气动力和拉线张力。(图2-19)稍有气流,它就上升。放风筝者常拉紧线奔跑,借助相对气流运动使之飘浮升空。无风时,它因重力而下降。风筝飞行是沿一大圆弧运动,拉线之长即其运动轨道的半径。它与飞机相似之处是,都有羽翼,靠气流浮力上升。当然,飞机尚有机械动力的作用。