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凌雲御風一直是人類的理想。 自古以來，人類就夢想能夠像鳥一樣的在天空自由飛翔，許多神話與寓言都曾提及人類對飛行的失敗與嘗試，而竹蜻蜓、風箏、孔明燈等童玩更是人類所製造最原始的飛行機械。

直到 1783 年，法國蒙哥費爾兄弟（Montgolfier brothers）受到熱氣在火爐中不斷升起現象的啟發，把熱氣聚集起來作成能夠隨著浮力不斷上升的熱氣球（hot air balloon），並進行了世界上第一次載人飛行，比萊特兄弟（Wright brothers）的飛機還早了120年。但熱氣球和它的進化版—— 裝上控制舵與螺旋槳的飛船（airship）都屬於「輕於空氣」的航空器，無法像鳥類輕盈靈活地作出各種飛行動作，雖然兩者在 19 世紀都順利搭上了蒸汽機、內燃機和電動機等原動力技術發展的列車，作為軍事用途而有後續源源不斷的創新， 1930 年代飛艇發展最盛時期，納粹德國的「齊伯林」號已儼然成為第三帝國的象徵物。但在工程意義上，輕於空氣的航空器並無法「像鳥一樣地騰飛」。

飛機概念的形成

重於空氣的航空器最直接的概念就是在人的身上裝個翅膀，振翅迎向未知的天空，西方伊卡爾斯（Icarus）神話及中國工匠始祖魯班傳奇中均曾出現。實際上，受限於骨架的結構，僅憑人力是無法模仿出鳥類利用強大 Y 型胸骨拍翼振翅所同時產生的渦流升力（vortex lift）與推力，再加上鳥類飛行時的空氣動力原理與飛機並不全然相似。然而這種稱為拍翼（flapping wing）或撲翼機（ornithopter）的概念，從遠古傳說到文藝 復興時期的達文西（Leonardo da Vinci）都深受其影響，現今世界各地不斷舉辦的鳥人大賽，可以說是人類對此慾念的強烈執著。

1799 年，來自英國約克夏郡的凱利爵士（Sir George Cayley）突破了傳統觀念，意識到飛行的秘密不在於鳥類如何拍打翅膀，而在於鳥類如何不動翅膀而滑翔。當時的學術界崇尚理性實證，他也在自家的實驗室裡建立了旋轉臂式的迴旋儀，用實驗數據證明了平板翼型（airfoil）上、下表面的壓 力差可以產生升力，而升力又與面積、攻角以及速度的平方成正比。他同時也是第一個提出利用機尾的水平尾翼和垂直尾翼來增加 飛機的安控能力想法的人；至於推力顯然已無法由機翼獲得，需要另行安排動力裝置。他在晚年時製作了一具機翼固定、尾端以接頭安裝一個可以活動尾翼的滑翔機並試飛成功，形塑了現代飛機的基本構型。

凱利作為一個生活優渥的貴族，處於英國工業革命的浪潮，有能力畢生鑽研於飛船、履帶車輛以及鐵路裝置等多種發明，雖然並沒有在飛行動力來源上再作突破，但他在 1810 年的著作《關於空中航行》（On Aerial Navigation），為後來的飛行器研製者，包括德國的李連塔（Otto Lilienthal）與美國的萊特兄弟（Wright Brothers）等人，提供了寶貴的指引。……【更多內容請閱讀科學月刊第517期】