中原访古—名人名胜—制造指南车、记里鼓车和独飞木雕

    张衡在千百万人劳动生产成果的基础上，刻苦钻研，采择其精华，加以发扬和改造，在数学、物理和木制机械方面硕果累累，发明创造出了指南车，记里 鼓车和独飞木雕。
    指南车：是用一辆双轮独辕车组成，由马来拉动。车箱内采用一种能自动离合的齿轮系。车箱外壳上层，置有一个木刻的仙人，无论车朝哪个方向转弯，它的伸臂都指向南方。
   至于指南车的制法，主要是采用差动齿轮的机械原理。车里面装有９个大小不同的齿轮，当两个齿轮拼合在一起时，一个齿轮向右转，隔壁一个便相反地向左转，利用这个道理，可以使指南车上木人的那只手指向南方，当车轮向东转时，有的齿轮就反转，使手仍保持向南，所以不管车轮怎么转，手指可以永远指向南方。经王振铎、刘仙洲等先生的考证，其构造大体是：车中水平地安装着一个大平轮（有４８个齿），其中心竖一长轴，上面立着一个木雕仙人。车轮直径６尺，两轮间的距离也是６尺。两个车轮内侧各装有一个小齿轮（有２４个齿）。它们能随着车轮一起转动。在大平轮和小齿轮之间的空隙上方各悬着一个小平轮（有１２个齿），悬挂小平轮的绳子的另一端系在车辕的后端。
    它指南的原理是：在使用时先人为地进行调整，使木仙人的手指向正南。若马拖着辕直走，则左右两个小平轮都悬空，车轮小齿轮和车中大平轮不发生啮合传动，因此木人不转，当然也不会改变指向。若车子向右拐弯，则车辕的前端也必向左，而其后端则必偏右。车辕的这种变化，会使系在车辕上的吊悬两小平轮的绳子发生相应的松 紧，从而把左边的小平轮向上拉，但仍使它悬空；而右边的小平轮则借铁坠子及其本身的重量往下落，从而造成了车轮小齿轮和大平轮的啮合传动。若车子向左转９０度，则在转弯时，左轮不动，右轮要转半周。与右轮相连的小齿轮也就转半周（即转过１２个齿），经过小平轮传动到大平轮，则大平轮将以相反的方向转动１２个齿，即１／４周（也即９０度），这样木仙人在和车一起左转９０度的同时，又由于齿轮的啮合传动右转了90度，其结果等于没有转动，所以它的指向仍然不变。车子向右拐弯的情况或其他运动情况的结果可以类推。总之任车子怎么转动，木仙人总能保持它的指向不变。
   虽然在现代生活中，这种指南工具已经失去了它的地位，但是对于我们不无启发。这种指南车上的关于齿轮系，关于相对运动的原理，在今天的生产中仍然发挥着巨大的作用。
    记里鼓车：即自动车。记里鼓车的基本原理和指南车相同，也是利用齿轮机的差动关系。当年，张衡制造的记里鼓车可惜没有较详细的记载，东汉以后，有关记里鼓车的记载虽然有些零星的字句，但都太简略。到北宋时的记里鼓车制造方法更有改进，《宋史舆服志》记载比较详细，大体说记里鼓车外形是独辕双轮，车箱内有立轮、大小平轮、铜旋风轮等，轮周各出齿若干，“凡用大小轮八，合二百八十五齿，递相钩锁，犬牙相制，周而复始。”记里车行一里路，车上木人击鼓，行十里路，车上木人击镯。总之，指南车和记里鼓车的形状虽然在历代制造时都有些改进，但它的差动齿轮原理可以肯定在１８００多年前已经被张衡所应用了。
    独飞木雕：他在公元１２６年写成的《应间》里曾说：“三轮可使自转，木雕犹能独飞”。这是关于张衡木制机械成果的最直接材料。后人认为“三轮自转”是指指南车和记里鼓车内部的主要装置；“木雕独飞”指在木雕内部装上机关，使它能飞翔起来。这里说的“独飞”意思是和由人牵线的风筝相区别。它是由“腹内施机”的力量自己飞行的。
    张衡利用弹性物体积蓄能量，加以控制，使其能有规律地逐步释放，制造出螺旋桨推进器，或者消耗能量较慢的扑翼飞行器，使其利用自身的能量飞向高空，待能量消耗后，再凭借上升气流的作用作远距离的滑翔，则“能飞数里”是有可能的。
    张衡的机械飞行器不但是中国最早的发明创造，而且也是世界最早的发明创造。
    由于张衡在木制机械方面的辉煌成就，他同三国时的马钧，一齐被后人称为“木圣”，受到了人们永久的尊敬。