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古埃及木鸟模型(希望之声合成)
古埃及木鸟模型(希望之声合成)

谁说古代人没有飞机?(一)

【希望之声2019年11月13日】(本台记者谢芸综合报导)

自从人类诞生以来,就有一个飞天的梦想,幻想着能有一天能插上翅膀,像鸟儿一样在天空中自由自在的翱翔,嫦娥奔月神话、鲁班削木造木鸟飞行三天三夜不落地的传说,就是这类美丽梦想的升华表现。直到1903年,人类掌握了航空动力学的知识,终于制造出来了第一架飞机,人类终于实现了飞天的梦想。但是考古学家发现,在地球许多地方都留存有古代飞行器遗迹,地球上现已出土的仿真度极高的飞机模型竟然可以追溯到4000多年前。

古埃及木鸟竟是滑翔机

2019年5月6日,随着一声令下,一架通体金黄的“木鸟模型”飞快地腾空而起,轻快灵活地翱翔于蓝天白云之间,仿佛跨越了数千年,迫不及待地将轻盈的身躯投向天空的怀抱,令人惊奇的是这个木鸟模型竟然是复原4000年古埃及出土木鸟模型。

 “木鸟”超低空飞行 (沈海军提供)
“木鸟”超低空飞行 (沈海军提供)

1898年,考古人员从一座4000多年前的埃及古墓中发现了一个与现代飞机非常相像的模型。这个模型由古埃及盛产的小无花果木制成,重量约为31.5克。在将这个模型发掘出来的年代,飞机还没有被发明出来,人们就把这个模型称为“木鸟模型”,并将它保存在埃及开罗博物馆中。

 古埃及木鸟(wikimedia commons)
古埃及木鸟(wikimedia commons)

1969年,考古学家卡里尔博士经过仔细的研究,这只“木鸟”和普通鸟类还不太一样,认为这个“木鸟模型”是一个飞机模型,而非是鸟的模型。卡里尔博士组织了大量的专家对“木鸟模型”进行了分析和研究。专家们认为,这个模型具备了现代飞机的基本特点:机身长5.6英寸,两翼展开跨度7.2英寸,机嘴尖长1.3英寸,机身垂直,机尾翼上有一个类似现代飞机尾部的平衡装置。机内各种部件的位置和比例也被设计得非常的精确。古埃及木鸟的尾部是垂直的,与普通鸟类的尾部是水平的有所不同,更类似于飞机的垂直尾翼。并且木鸟的翅膀具有下反角,这与现代“上单翼飞机”的设计思路非常类似,有利于飞行过程中保持稳定。卡里尔博士认为,古埃及木鸟是当时人们制作的飞机模型,经过了漫长的时间,它的水平尾翼丢失了。那么这只“木鸟”到底能飞吗?

 古埃及木鸟原始图纸(沈海军提供)
古埃及木鸟原始图纸(沈海军提供)

为了验证“古埃及木鸟”的飞行性能,同济大学航空航天与力学学院的沈海军教授团队的同学们决定复原出一台“木鸟”模型,通过科学的研究方法和严谨细致的实验过程,测试“木鸟”到底能不能够飞翔。首先从科学家们对“木鸟”的测绘资料中,找到了它的尺寸参数图纸。基于这张图纸,科研人员对“木鸟”进行了三维建模,在电脑中构建出“木鸟”的立体模型,利用3D打印技术制作出“木鸟”的展示模型。接下来利用切片法获得木鸟模型的一个个截面,利用激光切割机将薄木板切割成“木鸟”截面的形状,最后将所有截面拼接起来,制作出1:1大小的实物木质模型。

分别利用风洞测试“木鸟”的气动性能,以及利用CFD虚拟气动仿真软件对木鸟的三维模型进行气动分析,并对二者的结果加以对比,二者结果的误差不超过5%,“木鸟”所受升力和阻力的比值为2.5,初步证明“木鸟”具有较为优异的气动性能。

 “木鸟”进行虚拟气动仿真试验( 沈海军提供)
“木鸟”进行虚拟气动仿真试验( 沈海军提供)

最后按照相同气动外形制作了一个10:1的放大版“古埃及木鸟”,为其加装了动力以及控制系统,通过实际试飞来检验之前试验分析的结果。在首次试飞的时候,“木鸟”一下子就飞起来了,飞行过程非常地稳定和连贯。这也标志着对“古埃及木鸟”的复原工作取得了圆满的成功。同时也验证了“木鸟”有着良好的气动性能,足以支持它在空中自由地翱翔。一个4000多年的气动构型能够有如此表现,着实令人感到惊讶。

 放大版“木鸟”制作现场(沈海军提供)
放大版“木鸟”制作现场(沈海军提供)

休伊陵墓的火箭发射石雕画

除了木鸟模型,古埃及还发现了其他古代飞行遗迹。4000多年前,埃及努比亚地区有一名地方长官,叫休伊。近年来,历史学家在休伊的陵墓内发现了一幅疑似“火箭发射”的石雕画。有西方学者认为,该石雕画面反映的是“古埃及人用二级火箭发射法老遗体至天国”的场面。

作为航空专家,同济沈海军团队对该石雕图案进行了深入剖析。通过和现代涡轮喷气发动机的结构进行对比,他们发现,该图案的“飞行器”“发动机”中,压气机、燃烧室、动力涡轮、内外涵道、尾喷口等部件一一俱全,和涡轮喷气发动机极为相似。在该“飞行器”的二级端,即战斗部的上半部分有一锥形罩,罩内可容纳弹头;下半部分为一半椭球容器,可加装燃料。此外,二级端位于地面,外侧还设有若干疑似的“引导天线”,以接收地面的无线指令。“发动机”段置于柱状的地下发射井内。

根据以上特征,他们推测休伊石雕可能是一种以涡轮喷气发动机为动力的二级地下发射攻击性飞行武器。为了更逼真地显示该“飞行器”的内部结构,研究团队还对其进行了CAD建模,并3D打印出了实物模型。

 休伊石雕三D复原图 (沈海军提供)
休伊石雕三D复原图 (沈海军提供)

法老直升机

1848年,在埃及古城阿比杜斯的塞蒂神庙入口处,一名考古探险家在十米高的横梁上,发现了一些奇怪的图像,当时没有一名科学家知道,那些像形图画描绘的是什么东西。

 塞蒂神庙墙壁上的战斗直升机图像。(wikimedia commons)
塞蒂神庙墙壁上的战斗直升机图像。(wikimedia commons)

150多年后,1969年埃及考古学家阿兰•艾尔福德研究了塞蒂一世神庙上的像形文字后,震惊地发现,那些由3000年前的古埃及艺术家雕刻下来的图像,竟然是直升机和潜水艇的模型。他确信古埃及艺术家描绘的“直升机”或飞机都是真实的,就像他们经常用图画描述日常生活一样。

3000多年前的塞蒂一世是古埃及最著名和最成功的法老,他曾扩张自己的领土,击败过许多敌人。塞蒂一世在位时大兴土木,修建包括卡纳克神庙的伊波斯蒂尔大厅在内的许多宏伟建筑。

但塞蒂一世法老时代的艺术家,怎么会画出直升机和飞机图像?这在考古学家中引发强烈争议。一些持怀疑论的学者无论如何也不相信,3000多年前的古埃及人竟然看到过20世纪才发明的直升机。

试飞成功的古玛雅黄金飞机

除了古埃及,近年来,考古学家在哥伦比亚古玛雅遗址、秘鲁、哥斯达黎加和委内瑞拉等国,发掘出了一些当时王族使用的黄金垂饰,外形酷似飞机。其中一个3000多年前的饰品,被称做“哥伦比亚黄金飞机”。令人惊奇的是,这些“黄金飞机”机头、主翼、机身、尾翼等一应俱全,形态符合航空力学理论。

1956年,美国纽约首都艺术博物馆曾举办了一场“前哥伦布时期黄金展”,展品中就有一个拥有三角翼的和垂直尾部的“黄金飞机”模型,它立即吸引了众多美国航空设计师的注意。

科学家在实验室对同样的模型进行了测试,结果发现这种模型竟然能够以超音速速度飞行。一个传闻称,正是对这架“黄金飞机”的研究,才使得洛克希德公司的航空设计师们,发明出了当时最好的超音速飞机。

 古玛雅黄金飞机(youtube视频Secret Space Secret Past截图)
古玛雅黄金飞机(youtube视频Secret Space Secret Past截图)

同济大学沈海军团队对该古玛雅飞机中的一款机型进行了复原。他们先对古代飞机进行CAD三维建模,并3D打印出1:1实体模型。然后,采用气动软件分析了该古代飞机的气动特性。再对飞机的骨架等内部结构进行设计,在电脑中采用切片法设计出了飞机。最后经组装,制作出了一架1:10的放大版古玛雅飞机。复原后的古玛雅飞机身披金黄色蒙皮、翼展1.5米、双三角翼布局、升力体设计、地面遥控,形态惟妙惟肖。飞机选用14.8伏锂电池组供电,大功率无刷电机动力。

2016年4月,这架复制的“古玛雅飞行器”在上海国际赛车场上空成功试飞。在数分钟飞行中,飞机还做出了俯冲、侧飞等高难度动作。气动性能分析显示,这架古代飞机具有出色的气动性能和稳定性。这项研究旨在追溯人类飞行器的起源,向人们展示古玛雅文明的神奇魅力,并从中得到飞机设计的灵感和启示。

 放飞古玛雅飞行器 (沈海军提供)
放飞古玛雅飞行器 (沈海军提供)

从同济沈海军团队复原试飞成功古埃及木鸟和古玛雅飞机表明,这些古代飞行器不只是简单的模仿鸟或鱼的玩具,而是真正符合航空飞行动力学的飞行器模型。为什么4000多年前就有仿真度如此之高的飞机模型?难道那个时候人们就已经发明了飞机?埃及和南美发现的飞机模型有什么内在联系吗?难道4000多年前人类就已经普遍掌握了飞行技术?那为何后来断代了的呢?我们将会在续文继续探讨!

(本篇文章和图片经希望之声编辑制作,转载请注明希望之声并包含原文标题及链接)

责任编辑:田喆

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