这篇文章是来自《吴军的科技史纲60讲》的其中一篇，稍作整理，非个人创作，特此声明。
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做事要规范化、系统化，要有理论依据，不要过分信赖有限的经验和直觉。------莱特兄弟
像鸟类一样飞行是人类很早就有的梦想。从中国古代的风筝，到古希腊人制造的机械鸽。但是，没有科学基础的尝试是难以成功的。因此，搞清楚飞行的原理是人类实现飞行的第一个“预先要求”。我们通过讲飞机的发明，再次理解“预先要求”和“必然结果”之间的关系。
人类对飞行认识的第一个阶段是仿生，模仿鸟类。而对鸟类飞行系统性的研究是在文艺复兴时期，因为那时解剖学得到了很大的发展，人们才能够理性研究飞行。因此，你可以认为解剖学的发展是实现飞行更早的“预先要求”。
最早详细论述鸟类飞行原理的人是文艺复兴的巨匠达·芬奇。他系统地研究了鸟类的飞行之后，写了《论鸟的飞行》一文，这被看成是航空科学的开山之作。 达·芬奇还仿造鸟设计了一种飞行器，今天一些人说达·芬奇是 最早设计飞机模型的人，其实这种说法是为了神化达·芬奇，他的那个振动翅膀根本不可能飞上天，和今天的飞机没有什么关系。
到了17世纪，意大利的科学家博雷利（Giovanni AlfonsoBorelli）从生物力学的角度研究了动物肌肉、骨骼和飞行的关系，他指出人类没有鸟类那样轻质的骨架、发达的胸肌和光滑的流线型身体，因此人类肌肉的力量不足以像鸟类那样振动翅膀飞行。
根据博雷利的计算，一个体重60公斤的人，至少得具备1.8米宽的胸腔才能支持扇动翅膀所需要的肌肉。博雷利将他的这个研究成果写成了《鸟类的飞行》一书。博雷利的结论宣告了人类各种模仿鸟类的飞行努力都不可能成功。
事实上，要让比重远远大于空气的飞行器在天上持续飞行，难度远比人们想象得大。假如现在让你来设计一个飞行器，你要解决的是哪几个问题呢？你可能会想到材料要轻，动力要强，还得能操纵方向。
其实，归结起来，就是解决这三大难题：升力的来源、动力的来源和可操纵性。这三大飞行难题，就是满足人类飞行的“预先要求”，而这三个难题并不是哪个发明家一次就能解决的，而是经过了三代发明家共同努力才逐步解决。
第一代发明家解决了“升力的问题”，代表人物是被誉为“空气动力学之父”的英国人乔治·凯利爵士，他曾经试图模仿鸟类设计振翼的飞机，也就是让机翼像鸟的翅膀一样上下扇动，但是很快意识到那完全不可能，于是他回到了原点，重新审视鸟类翅膀的功能，发现它不只是提供动力，还提供升力，这个发现很重要。
更重要的是，凯利发现了空气在不同形状的翼面流过时产生的压力不同，提出了通过固定机翼（而非振翼）提供飞行升力的想法。就是说，他意识到模仿鸟儿扑腾翅膀制造机翼不如让机翼自带升力。
凯利不仅是一个理论家，更是实践者。1849年，凯利制造了一架三翼滑翔机，让一名10岁的小孩坐着它从山顶滑下（动力来自于人用绳子牵引），实现了人类历史上第一次载人滑翔飞行。
四年后，也就是1853年，凯利又制造了可以操控的滑翔机，这次他成功地让一位成年人（他的马车夫）实现了飞行。这次飞行可能过程有点凶险，以至于这位马车夫随后辞职不干了。
凯利将这架滑翔机的设计和详细的飞行记录写成了论文，100多年后，人们根据凯利的记录仿制了一架滑翔机，能够滑翔飞行，再次证实了他的理论和设计。
凯利为飞行奠定的这个科学基础叫做空气动力学，或者你可以认为是更广义上的流体力学应用到空气上的理论。直到今天，他提出的飞行原理依然是行之有效的。
但是，凯利的运气不太好，因为那个时代能提供动力的只有蒸汽机，它显然太重了，质量较轻的内燃机还没有发明出来。此外，当时也没有能量密度很高的燃料（燃油）。因此凯利当时无法实现自带动力的飞行的梦想。
所幸的是，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。相比凯利而言，李林塔尔更像是冒险家而不是飞行理论家，他是世界上最早实现自带动力滑翔飞行的人，也是最早实现重复成功地进行滑翔试验的人。
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。但是李林塔尔过于重视升力，忽视了飞行的控制问题，他当时一直模仿鸟类通过自己平衡身体来控制，这条路其实走不通。
李林塔尔更大的不幸是在工作方法上，他的理论研究和地面上的准备工作总是做得不充分，过分依赖飞行试验，1893年到1896年，他进行了2000多次的滑翔飞行试验。最终，李林塔尔在一次试验中不幸丧生了。他留给世人的最后一句话是：“总得有人为此牺牲。”他的事迹也激励着莱特兄弟这两位美国年轻人的工作。
莱特兄弟是第三代发明家，与凯利和李林塔尔相比，他们要幸运得多。他们出生得足够晚，以至于凯利的理论和奥托的内燃机都已经为他们准备好了；他们出生得又足够早，以至于飞机还没有被发明出来。当然，光靠运气是制造不出第一架飞机的，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。
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。下图是莱特兄弟留下的工作笔记，你可以看出他们兄弟二人做事是极为认真的。
在飞机的设计上，莱特兄弟最大的贡献是发明了控制飞机机翼的操作杆，从根本上解决了飞行的最后一个难题：飞机控制的问题。
莱特兄弟的幸运之处在于，升力问题被凯利解决了，动力问题被奥托的内燃机解决了，他们就把主要的精力用于解决控制问题。
更重要的是，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。
从凯利提出空气动力学理论，到莱特兄弟实现他的遗愿——自带动力的载人飞行，经历了近一个世纪的时间，这是从理论到发明经常需要的时间。
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。
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.所谓鸟飞派，就是指从经验出发，最大功劳是为飞行做了前期准备。所谓空气动力学派，就是指搞清楚问题的本质，从而真正实现飞行。
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