飞起来的三个问题,上升的动力,向前的推力,转向的控制。
对飞行的认识从对鸟类的研究开始。对鸟类飞行研究,从文艺复兴时期开始,由于解剖学的发展,人类对飞行有了更多的研究。
第一个解决的问题是“升力问题” ,英国人乔治-凯利爵士发现空气通过不同翼面形状的流过产生的压力不同,提出了空气动力学。属于流体力学的应用。凯利对自己的研究工作都有详细的记述,特别是留下了《论空中航行》一书。在书中,凯利明确指出升力的机理与推力机理应该分开,人类飞行器不应该单纯模仿鸟类的飞行动作进行飞行,而应该用不同装置分别实现升力和动力,这为飞机的发明指出了正确的道路,并给了后来的莱特兄弟理论指导。
在凯利之后,第二代飞行器发明家以德国的奥托·李林塔尔为代表。是最早重复实验解决自带动力的问题的人。我们前面讲过,能否重复实验结果是区分科学和非科学的重要标志,也就是说李林塔尔研究和实验的方法是科学的。
莱特兄弟在理论积累上和工作方法上不仅全面超越了他们的前辈,也超越了同时代的人,解决了飞机转向的问题。
首先,莱特兄弟非常注重飞机设计在理论上的正确性。他们二人虽然是自学成才,但是系统学习了空气动力学,有着扎实的理论基础,而且做事情非常严谨。这兄弟二人后来发现了李林塔尔在计算升力时有误,多算了60%的升力,并且进行了修正,之后又通过实验进行了验证。
这里要说一句题外话,一直有很多励志的读物宣传很多自学成才的发明家和科学家,但是这种比例极低,而且那些极少数成功的人其实是通过更多的努力,系统性地补足了过去知识的缺陷,而不是靠经验做事情。
从瓦特、富兰克林,到爱迪生,再到莱特兄弟都是如此。更重要的是,这些人无一不是遵循科学方法做事情。
莱特兄弟还超越了与他们同时代的其他发明家,一是因为他们很清楚地知道飞行的三个“预先要求”,关键还在于,他们能成功,可以说是他们的工作方法比同时代的人要高明。
莱特兄弟为了试验飞机的升力和控制系统,专门打造了一个风洞,在里面进行了大量的试验。莱特兄弟为了改进机翼就尝试了200多种不同的翼形,进行了上千次的测试。他们用滑轮将砝码和飞机的机翼连接起来,准确地计算各种条件下的升力。因此当他们设计的第一架飞机升空时,就已经有把握这个飞机一定能飞起来,而且很好地找到了保持横侧稳定的方法。
莱特兄弟生性谨慎,他们不做足试验是不肯试飞的,而且即使试飞,也要先进行无人驾驶的试飞。为了试验飞机的转向控制,莱特兄弟在1902年进行了700~1000次的滑翔试验。他们制作的滑翔机在安装了可控尾舵后,进行了上百次表现出良好的,结果可重复的试验。
这一年的10月8日,莱特兄弟算是彻底实现了真正的飞行转向控制,这是飞行史上一个重要的里程碑。在这一切都完成之后,他们才将精力集中到制作自带动力的飞机上。又经过了一年多的努力,1903年12月17日,莱特兄弟在美国西海岸小鹰镇成功试飞了自行研制的“飞行者一号”,从此人类进入了飞机的时代。
在莱特兄弟发明飞机的前后,世界各国的发明家们都在加速研制飞机,但是成功者并不多,很多发明家甚至在莱特兄弟的飞机上天之后,依然付出了生命的代价,其主要的原因是,工作方法落后于这兄弟二人。
这里要反复强调做事情要规范化,要有理论依据,不要过分信赖自己有限的经验和直觉,结合莱特兄弟的案例,请对照自己的工作检讨。
要点总结:
1. 实现飞行需要三个“预先要求”——空气动力学理论,特别是关于升力的理论,轻质量大功率的发动机和高能量密度的燃料,控制系统。凯利、奥托和莱特兄弟分别解决了这三个问题。
2. 科学的工作方法很重要。我们今天不需要设计飞机,但是需要学习莱特兄弟的工作方法。
3. 结合人工智能这个话题,在这个领域也有“鸟飞派”和“空气动力学派”的分别。所谓鸟飞派,就是指从经验出发,让计算机模仿人的思维方式,试图获得智能的做法,这个做法证明行不通。所谓空气动力学派,就是指搞清楚智能问题的本质,让计算机通过数据和数学模型解决智能问题。今天人工智能全部的进步,都是走后一条道路的结果。