千载飞行梦 从飞行者一号到超音速飞机

二十世纪最重大的发明之一,是飞机的诞生。人类自古以来就梦想着能像鸟一样在太空中飞翔。在飞机诞生之前,航空的发展经历了从幻想到冒险,从理论探索到实践的漫长过程。古代有许多勇敢的人尝试利用鸟的翅膀飞上蓝天,但这些冒险活动往往落得非死即伤的悲惨命运。人们逐渐认识到,飞行是复杂的,单靠冒险无济于事。要想实现升空飞行的理想,首先必须研究飞行这门新的科学。

伟大的艺术家达·芬奇是第一位以科学的态度研究飞行的人。他在设计扑翼机的同时,还设计了直升机和降落伞。到了19世纪,飞机的研制进入一个空前活跃的时期。一方面有关飞机升力、阻力、稳定与操纵的理论初步建立起来,另一方面动力飞机的研制探索取得了可贵的经验。尽管先驱者们没有最终研制成功有动力、可持续飞行的飞机,但他们的工作为莱特兄弟打下了坚实基础。


   

飞行者一号试飞

1903年12月17日,这是一个载入史册的日子。这天清晨,天气阴冷,不断的阵风带着剌骨的寒意,在美国北卡罗来纳州的基蒂·霍克的一块空地上,几个身影在晃动着,莱特(Wright)兄弟正在准备对他们制造的“飞行者”1号进行第一次试飞。

孤零零的“飞行者”1号静静地停在冷冷清清的场地上,除了一名见证人、几个救生人员和帮手外,没有任何观众。

“飞行者”1号尽管体型很庞大,但“身子”却十分单薄。它采用了一副前翼和一副主机翼,并且都是双翼结构,用蒙皮木支柱和张线联结而成。一台汽油塞发动机被固定在主机翼下面的一个翼面之上,机翼后面安装着左右各一副双叶螺旋桨,机尾是一个双翼结构的方向舵,用来操纵飞机的方向,而飞机上下运动则由前翼来操纵。飞机没有起落架和机轮,只有滑橇。起飞时飞机装在滑轨上,用带轮子的小车拉动和辅助弹射起飞。驾驶员俯伏在主机翼的下机翼中间拉动操纵绳索的手柄操纵飞机。连同驾驶员在内,飞机总重量大约为360公斤。

这次飞行的留空时间只有短短的12秒,飞行距离只有微不足道的36米,但它却是人类历史上第一次有动力、载人、持续、稳定和可操纵的重于空气飞行器首次成功升空并飞行,具有十分伟大的历史意义,标志着人类征服天空的梦想开始变为现实,从而被世界航空界公认为世界航空世纪的第一日。

莱特兄弟因此于1909年获得美国国会荣誉奖。同年,他们创办了“莱特飞机公司”。这是人类在飞机发展的历史上取得的巨大成功。

1910年12月10日,在法国巴黎展览会上,有一架飞机在表演时坠毁。驾驶员被抛出燃烧的机舱。但是,这架飞机却引起人们很大关注。因为它使用的一台新型发动机。设计者就是飞机驾驶员本人,他是罗马尼亚人,名叫亨利·科安达,毕业于法国高等技术学校。他设计的发动机是用一台50马力的发动机使风扇向后推动空气,同时增设一个加力燃烧室,使燃气在尾喷管中充分膨胀,以此来增大反推力。这就是最早的喷气发动机。


喷气飞机

1927年至1932年中,座舱仪表和领航设备的研制取得进展,陀螺技术应用到飞行仪表上。这个装在万向支架上的旋转飞轮能够在空间保持定向,于是成为引导驾驶员能在黑暗中、雨雪天中飞行的各种导航仪表的基础。这时飞机中就出现了人工地平仪,它能向飞行员指示飞机所处的飞行高度;陀螺磁罗盘指示器,在罗盘上刻有度数,可随时显示出航向的变化;地磁感应罗盘,它不受飞机上常常带有的大量铁质东西的影响,也不受振动和地球磁场的影响。这些仪表以灵敏度高、能测出离地30多米的高度表和显示飞机转弯角速度的转弯侧滑仪,此外还有指示空中航线的无线电波束,都是用来引导驾驶员通过模糊不清的大气层时的手段。

20世纪30年代后期,活塞驱动的螺旋桨飞机的最大平飞时速已达到700公里,俯冲时已接近音速。音障的问题日益突出。前苏、英、美、德、意等国大力开展了喷气发动机的研究工作。德国设计师,奥安在新型发动机研制上最早取得成功。1934年奥安获得离心型涡轮喷气发动机专利。1939年8月27日奥安使用他的发动机制成He-178喷气式飞机。

喷气发动机研制出之后,科学家们就进一步让飞机进行突破音障的飞行,经过10多年之后这项工作终于被美国人完成了。

飞机的发明使人们在普遍受益的情况下又产生了新的不满足。飞机起飞需要滑跑,需要修建相应的跑道和机场。这就带来了诸多不便,于是有人开始探索可以进行垂直起落的飞行器,通称直升机。

1939年9月14日世界上第一架实用型直升机诞生,它是美国工程师西科斯基研制成功的VS-300直升机。西科斯基原籍俄国,1930年移居美国,他制造的VS-300直升机,有1副主旋翼和3副尾桨,后来经过多次试飞,将3副尾桨变成1副,这架实用型直升机从而成为现代直升机的鼻祖。

直升飞机

VS-300直升机诞生之后,影响巨大,尤其是从20世纪50年代开始,直升机的制造技术发展迅猛。50年代中期以前,直升机的动力装置处在活塞式发动机时期,此后就进入了喷气涡轮轴时期。旋翼材料结构技术也经历了几个阶段;40年代至50年代为金属木翼混合结构,50年代中期至60年代中期为金属结构,60年代中期至70年代中期为玻璃纤维结构,70年代中期以后发展成为新型复合材料结构。


民航飞机

20世纪20年代飞机开始载运乘客,第二次世界大战结束初期美国开始把大量的运输机改装成为客机。60年代以来,世界上出现了一些大型运输机和超音速运输机,逐渐推广使用涡轮风扇发动机。著名的有前苏联生产的安-22、伊尔-76;美国生产的C-141、C-5A、波音-747;法国的空中客车等。超音速运输机有英法联合研制的“协和”式和原苏联的图-144。然而,超音速客机的发展并不乐观。“协和”式飞机售价过高,影响效益,因而已于80年代停止生产。前苏联的图-144也因为同样的原因也在80年代停航。

飞机的发明极大促进了交通运输业的发展,人类千年的飞行梦,终于真正用于人们的日常生活中了!