序言

在科技的进化树上，大自然设置了无数道测试题，检验着人类文明的等级。飞行便是其中的一道大题。

在莱特兄弟的飞机踉跄起飞之前，人类已经解出了数道引以为傲的测试题——铁路横跨大洲、汽轮竞渡大洋、电报信达四方、电灯点亮黑夜……上述成就让人们不禁心生疑问，飞行这个与人类文明几乎一样久远的梦想，为什么实现得这么晚？

更有意思的是，大自然甚至早已将答案写满了天空——昆虫、鸟类还有与人类同样是哺乳动物的蝙蝠都能自由飞行。我想也许这就是飞行难题的困难之处，即使有了答案，看懂它也需要下一番苦功。

借助阿基米德在浴缸中的灵光乍现，孟格菲兄弟的热气球和查尔斯的氢气球先后载人升上天空。在飞行问题的第一个答案中，人类没有遵循自然的启示，而是走出了一条自己的路。

与达·芬奇构想的复杂扑翼装置相比，浮空器作为飞行问题的一条“简单路径”首先登上历史舞台，但简单的背后充满艰险。

首先是气球的可操控性问题，这让气球进化为飞艇。然后是更大的难题——动力。人力被迅速证明不可行，而铁路工程师吉法德的蒸汽飞艇、蒂桑迪耶兄弟和雷纳德的电力飞艇都是昙花一现，困于自身技术的“基因缺陷”——功重比无法取得更大的发展。

勒诺瓦带着动力技术的新物种——内燃机及时出现，还要感谢奥托公司的“优秀员工”戴姆勒和迈巴赫，两人没有追寻老板奥托设下的与蒸汽机在固定领域一决高下的目标，而是勇敢地与其分道扬镳去发展用于移动领域的更紧凑的高速内燃机。

在内燃机的帮助下，桑托斯·杜蒙驾驶飞艇绕飞埃菲尔铁塔，斩获多伊奇大奖。飞艇终于将操控和动力两道难题一举拿下，但桑托斯·杜蒙的飞艇实用化道路依然没有走通。

几乎与此同时，天命之年的齐柏林开始创业。运用新材料铝，齐柏林打造出了他理想中的“空中火车”——硬式飞艇。创业维艰，飞艇在博登湖起飞后，齐柏林迎来三连败，但他并未气馁，最终开创了世界第一家航空公司，向世人证明了飞艇的实用性。第一次世界大战中，齐柏林飞艇更是作为“秘密武器”被投入战场，“战略轰炸”被写入军事教科书。战后齐柏林飞艇重回民用领域。正当“飞行的旅馆”惊艳世人之时，“兴登堡号”的大火却让世人的惊羡转为惊恐，飞艇的前途被彻底葬送，科技史上多了一大悬案。

我们再来看看飞行的“困难路径”——飞机。

中国人的古老智慧“水无常形”暗示了流体力学的复杂性，而且飞行实验有着极高的试错成本，因此在科学理论建立之前，造出“比空气重的飞行器”难说不是痴人说梦。

流体力学最初基于伽利略对抛体问题的研究，之后牛顿、马略特和惠更斯各自独立发现流体中固体受力的“平方律”，接着几大数学家相继出手，丹尼尔·伯努利提出了以自己名字命名的原理，达朗贝尔写出了连续性方程，而欧拉建立了以“场观点”研究流体的方法——“欧拉法”，最终流体万象归一到纳维-斯托克斯方程之中。只要解出此方程，流体的行为就尽在掌握。可惜，非线性微分方程至今仍是世界性难题，在缺乏高性能计算机的情况下，当时的人们虽手握高超理论却无法应用。

理论的窘境被实验派科学家破解。文丘里和皮托各自发明了测量流速的原理和仪器，罗宾斯和斯米顿则分别用悬臂机开始了空气动力学的直接实验。通过悬臂机实验，凯利总结出“四力模型”，将气动力分为两股力，升力平衡重力，而阻力由推力克服。不仅如此，凯利没有纸上谈兵，他自制了三架滑翔机验证自己的模型。于是，“比空气重的飞行器”的原理由此奠基。

可惜凯利后继无人，基本的空气动力学问题还没有搞清楚，人们便急于走入“动力歧途”。亨森和斯特林费罗的“空中蒸汽马车”停留于图纸，空留一台制造精良的闪蒸蒸汽机。马克沁的飞机只能称为“大型升力实验装置”。阿德尔的“风神”借助地面效应才能起飞，飞行降为贴地“大跳”，威名扫地。

最终，德国“飞人”李林达尔重回凯利路线，理论加实验研发改进滑翔机，但在千百次成功滑翔后，李林达尔猝然陨落，离动力飞行只差一步。他关于滑翔机翼面的空气动力学实验成为后人的起点，其中就包括莱特兄弟。

站在巨人肩膀上，莱特兄弟三年多飞机研发结出硕果：提出了三轴控制原理、发现了展弦比效应、建立了螺旋桨理论、发明了机翼翘曲技术、解决了反向偏航问题，还利用粗糙的风洞装置做了系统性的实验对各种翼型进行评测。

厚积薄发，一飞冲天。莱特兄弟欧洲之旅更是技惊四座，让大洋彼岸的同行输得心服口服。虽然飞机第一发明人之名尚存争议，但其在空气动力学与飞机制造上的双重贡献的确前无古人。

莱特兄弟成功之后陷入专利大战，欧洲飞机研发急起直追，先行者诅咒又一次上演。V8发动机之父勒瓦瓦瑟尔打造出第一个专业航空发动机品牌，安扎尼成就布莱里奥飞越英吉利海峡，塞甘兄弟另辟蹊径，在贝切罗承力蒙皮机身结构的加持下，旋转气缸助力飞机时速首破百英里大关。

第一次世界大战中，飞机更是从辅助一路打到主力，在令人眼花缭乱的王牌传奇空战中，世界见证了第三军的诞生。

王牌虽强，但决定战局的是其背后的航空工业。德国自身资源受限，走上精专之路，梅赛德斯直列水冷发动机性能可靠。意大利飞机虽弱但发动机颇有创新，菲亚特双气门设计对功率提高功不可没。法国“西-苏”V8发动机超越旋转气缸发动机，成为第一次世界大战中的“量产之王”。英国豪车公司“罗-罗”战时初涉航空，凭借“猛禽系列”三款发动机技惊四座，一举奠定其在航空界的地位。而航空首发国美国知耻后勇，从仿造开始，开发出了自己的V12“自由”发动机，并从汽车流水线借来他山之石，使得美国航空制造业实现了标准化，孕育了一场复兴。

本书聚焦飞行器的起源和早期发展，展现人类最古老的梦想以及人类科技最浪漫的成就的实现过程，正如书名所示，希望能为大家提供一部关于人类飞行“道路”和“道理”的双面科技史。

张皓