1.3 达·芬奇与航空的美丽邂逅（1487年）
艺术大师列昂纳多·达·芬奇（Leonardo da Vinci，见图1-16）被誉为欧洲文艺复兴时期的完美代表，是人类历史上绝无仅有的全才。达·芬奇最大的成就是绘画，旷世杰作《蒙娜丽莎》《最后的晚餐》等作品，展现了他精湛的艺术造诣。同时他还是学者、天文学家、发明家、建筑工程师。他还擅长雕刻、音乐，通晓数学、生理、物理、地质等学科，既多才多艺，又勤奋多产。鲜为人知的是，达·芬奇竟然还是航空科学家，是扑翼机、直升机设计师，人类飞行的畅想者！
图1-16 达·芬奇
在20世纪初美国莱特兄弟发明飞机取得成功的时刻，人们一直认为航空科学不过只有百年的历史。直到20世纪20年代，达·芬奇的航空论著和图纸重见天日时，人们才真正发现达·芬奇是航空科学的奠基者，可惜这一认识来得太晚，历史已整整过去了400多年！
可谁又知道，达·芬奇结缘航空竟是源自他幼儿时与飞鸟的一次被动的“亲密接触”。
达·芬奇晚年在笔记中写道：“我似乎命中注定要论及飞鸢，因为在我幼年最初的记忆中，仿佛曾有一只鸢飞向摇篮中的我，用尾巴撬开我的嘴，并用尾巴在我的嘴里拍打数次。”
在达·芬奇家乡，鸢在天空展翅翱翔是常见的景象。鸢有长长的分叉的尾巴，优雅舒展而又略微拱起的翼展，浓密柔和的黄褐色翅末尾羽在天空的映射下闪闪发光。但这鸢，竟然在幼儿的小嘴间拍打，好一个美丽的“邂逅”！难道，正是这只鸢的“意外造访”，触动了达·芬奇幼小的心灵，引领他长大以后去叩击航空之门吗？
达·芬奇于1452年出生在意大利西部的一个小镇。７岁时，他到附近的小学堂读书，但是，他对课堂上那些枯燥的拉丁文不大感兴趣。时常一清早就从家出来，在上课之前，躺在山谷的草地上，出神地注目着在蓝天盘旋的鸢和别的鸟儿，他在想象着它们飞翔的奥秘。
17岁时达·芬奇师从佛罗伦萨著名画家、雕刻家和金匠韦罗基奥，他的艺术才华得到充分发掘和展现。29岁时达·芬奇来到米兰，在米兰的18年，是他艺术上的成熟期和辉煌期，完成了一批举世瞩目的绘画作品。也正是在米兰，他还作出了向航空科学研究进军的重大抉择。
达·芬奇观察鸟的飞行，到了痴迷的地步。他以严格的科学态度对鸟类飞行进行了长时间的细微观察，发现了许多有趣现象。例如，关于鸟翅膀的搧扑方式，鸟在飞行时运用翅膀与尾巴搧扑的方式同游泳者在水中运用双臂和双腿如出一辙。他还发现，鸟类在飞行中调整方向也同游泳者相似，鸟改变飞行方向时，采取收缩一边翅膀长度的方法。他通过观察得知：鸟尾巴有调整飞行高度的作用。实际上，现代飞机的水平尾翼（升降舵）和垂直尾翼（方向舵）就是仿照这一点设计的。
达·芬奇对鸟类双腿的作用也研究得极为细致。他发现，鸟在高速飞行时，双腿收拢，这是为了减少阻力；而在慢速飞行或降落时，双腿垂下，这样增大阻力，起到减速作用。可以说，现代飞机的起落架和减速板，就是鸟的双腿的翻版。
达·芬奇认为，鸟是一架按数学原理工作的“机器”，人类有能力仿制这种机器和它的全部运动。1487年，达·芬奇动手设计扑翼机，画出了设计草图（见图1-17、图1-18）。他认为，人的臂力不足以扇动机翼，便让人俯卧，加上大腿的力量来驱动机翼。这样仍嫌力量不够，他又研究了采用机械动力的办法。
图1-17 达·芬奇设计的人力扑翼机草图（一）
图1-18 达·芬奇设计的人力扑翼机草图（二）
扑翼机设计得相当精巧。其翅膀由几根弯曲的金属杆连接的骨架组成，通过一套轮子和连杆，使每一根骨架都产生多种弯度，从而达到模仿鸟的扑翼动作的目的。图1-19为根据达·芬奇设计的扑翼机复制的全尺寸模型。
图1-19 根据达·芬奇设计的扑翼机复制的全尺寸模型
达·芬奇于1505年完成了科学笔记《论鸟的飞行》。
达·芬奇还设计了直升机草图并制作了模型。图1-20所示的直升机草图是在达·芬奇1483年所写的笔记中发现的。直升机的升力由旋转着的螺旋桨产生（即今天的旋翼）。直升机螺旋桨直径5米，他设想中间站着4个人来驱动螺旋桨。他还绘制了降落伞草图，其外形呈四棱锥形，像一座小金字塔。
图1-20 达·芬奇设计的直升机草图
现代科学已经证明，从达·芬奇开始，几百年来航空先驱们设计的多种扑翼机均未成功的原因，主要在于人的体力所不能及。科学试验测出，健壮的人在10分钟内只能连续发出0.26千瓦的功率，按每千克体重所能发出的功率计算，人类远不如鸟类。就鸽子而言，每千克体重发出的功率竟是人类的15倍。之所以会有这样大的差异，当然是多少万年来生物进化的结果；其次，在当时的条件下，不可能造出质量轻、飞行效率高的扑翼机。
尽管达·芬奇的扑翼机、直升机当时未能成功，但他留下的科学遗产却是十分丰富而弥足珍贵的。1754年，俄国科学家罗蒙诺索夫制作了直升机模型（见图1-21）。1854年，法国人布雷昂设计出了扑翼机（见图1-22）。
图1-21 罗蒙诺索夫1754年制作的直升机模型
图1-22 1854年布雷昂设计的扑冀机
达·芬奇与航空邂逅的故事是美丽的，这种美丽甚至惠及到他创作巨作《蒙娜丽莎》。据说，达·芬奇为了唤起蒙娜丽莎的模特—当地银行家妻子发自内心的情感，曾煞费苦心地请钢琴师为她演奏，让丑角为她表演。但是，这个冷漠的贵妇人始终不为所动，达·芬奇得不到他想要捕捉的东西。一天，贵妇人无意中翻阅达·芬奇草图时，发现了鸭掌的图画。达·芬奇向她解释，这是他为研究和设计飞行器而画的，因为鸭子在水中滑行和飞鸟在空中飞翔有某种相似之处，鸭掌滑水动作虽然简单，但隐藏着飞行的某种秘密。贵妇人听到这番话，不经意间心情豁然开朗，由衷地发出了微笑。这一难得的表情立即被达·芬奇捕捉，成为令后世多少人魂系梦牵的蒙娜丽莎“神秘的微笑”。
图1-24为达·芬奇的名作《蒙娜丽莎》，此画现珍藏于法国巴黎罗浮宫博物馆，成为该馆的镇馆之宝。
图1-24 达·芬奇名作《蒙娜丽莎》
延伸阅读 500多年后，达·芬奇的扑翼飞行梦想终成现实
2010年8月，多伦多大学宇航研究院动力学博士生托德·里克特驾驶“雪鸟”人力扑翼机（见图1-23）在加拿大安大略省五大湖滑翔俱乐部成功地进行了首次飞行，飞行19.3秒，飞行速度25.6千米/时，飞行距离145米。“雪鸟”是托德·里克特研制的全球首架由人力驱动、通过扑动机翼实现连续飞行的人力扑翼机。
“雪鸟”的翼展约32米，超过波音737大型客机（28.88扇米），但全机重量只有42.6千克。飞机的动力由飞行员在驾驶舱里蹬车轮提供，车轮旋转时通过连在一起的滑轮和绳索带动机翼上下扑腾，产生向上向前的动力。
图1-23 加拿大“雪鸟”扑翼机