除了祈願，孔明燈、走馬燈最早應用于軍事？

撰文/林漢京

本文節選自《知識就是力量》雜誌

熱氣球、孔明燈、走馬燈……想必很多小夥伴對這些物件都不陌生，但你知道嗎？熱氣球的發明源自孔明燈，而走馬燈更是催生了噴氣發動機。這些古代發明影響了現代航空，乃至軍事戰爭。具體是怎麼做到的呢？我們一起來看。

孔明燈

催生熱氣球

孔明燈俗稱「許願燈」。相傳這種燈籠的外形酷似三國時期蜀國宰相諸葛孔明戴的帽子，也有人說這種會飛的燈是諸葛亮發明的，故得其名。但在早於孔明生卒年代的西漢時期，《淮南子·萬畢術》中已有類似現象記載：「取雞子，去其汁，然（燃）艾火納空卵中，疾風因舉之飛。」意思是說在空雞蛋殼中燃艾絨，蛋殼可飛上天空。這說明我們的先祖很早就認識到輕盈的物體可以在熱空氣作用下升空。

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孔明燈與熱氣球的升空原理相同

如下圖所示，左側燈體中蠟燭未點燃時，溫度較低（t1），燈內空氣密度大，燈的總重量較大（G1）；右側燈體中蠟燭點燃時，溫度升高至t2，燈內空氣密度變小，燈的總重量變小至G2。這個時候孔明燈受到的浮力就等於其排出同體積的環境空氣的重力（空氣質量乘以重力加速度）。根據阿基米德定律，當浮力大於孔明燈自身與燈內的氣體重力的總和G2時，孔明燈就能在空氣中漂浮起來。

孔明燈升空原理分析（繪圖/林漢京）

孔明燈在中國古代多做軍事用途，主要用來傳達軍事訊息，以及探測風向和風速。熱氣球運動則是其原理在現代的發展與應用。

走馬燈

孕育噴氣發動機

走馬燈的構造很像竹蜻蜓與孔明燈的組合體。它的內部有一根可以旋轉的立軸，上部裝一個葉輪（有多個葉片的竹蜻蜓），立軸下端則裝一盞燈或一支蠟燭作為熱源。熱源點燃後，上方空氣受熱上升，通過葉輪後從燈體的上方離去，而冷空氣由下方源源不斷進入燈體。這樣形成空氣在燈體內由下向上的單向流動從而推動葉輪，並帶動與立軸相連的圖像（走馬）在燈內轉動。

走馬燈

走馬燈具體發明時間尚不清楚，但到秦朝時它已製作精良。它是世界上第一款使用熱動力驅動渦輪旋轉做功的機械裝置，它實現了熱能向機械能的轉換，成為渦輪噴氣發動機的鼻祖。1921年法國人獲得了第一個噴氣發動機的專利；1939年8月德國製作了世界上第一架噴氣式飛機；1950年，朝鮮空戰成為世界上第一次噴氣式飛機的對決。噴氣式飛機的出現催生了軍用飛機的升級換代，加大了航空在軍事上的作用，也加強了制空權在現代戰爭中的地位。

在渦輪噴氣發動機技術基礎上改進發展而來的新型大功率航空渦輪風扇發動機。展品陳列於民航博物館（攝影/張翔）

除了孔明燈、走馬燈，風箏和竹蜻蜓也對現代航空有重要影響哦，例如飛機能夠飛上天離不開「風箏效應」（點擊可回顧：少年科學粉 | 什麼是「風箏效應」，竟能助力飛機直上雲霄？），以竹蜻蜓為原型的螺旋槳推進器則被應用於噴氣時代以前幾乎所有的飛機。即使是現在，大大小小的直升機依然在它們的頂部安裝至少兩部大大的竹蜻蜓——旋翼。

以後再乘坐熱氣球或者飛機的時候，你也可以觀察一下說不定能有不一樣的發現呢。

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