飞翔之梦（上）回望人类发明之路之二十二.docx

飞翔之梦（上）回望人类发明之路之二十二 打开文本图片集 在东方与西方神话传闻中，神都会飞：希腊神话中的神藉翅膀飞，阿拉伯天方夜谭故事中的神施魔法踏毯而飞，中国的神则乘白云飞在我国山东省嘉祥县出土的东汉时期武梁祠石刻画像中，有一幅雷神出巡图，众多天神推着雷神安坐云朵在天空疾行。从公元3361368年，我国敦煌壁画中出现的飞天画面多达4500个，莫高窟492个洞窟的壁画上都有飞天。古代人类不能飞，让神为自己圆梦。 科学史家怀特在一篇题为中世纪的宗教与技术的文章中谈到这样一则故事：大约1010年前，英国修道院有一位名叫埃默尔的修士，他为自己装上人造翅膀，仿照鸟儿飞行动作，从教堂房顶乘风而降，结果摔断了双腿。当人们把他从地上抬起来时，他说：“我遗忘在背上装一条像鸟尾那样的长尾巴，所以无法在空中保持平衡。”这是有历史记载的人类最早的试飞记录。400年之后，一位法国修士仿照埃默尔，带着翅膀从教堂的塔尖上跳下，不幸当场身亡。 第一个对翱翔进行科学探究的人是达·芬奇，他信任鸟类有飞行的隐私，而人类能够复制这种隐私。在14861514年间，他设计了多种由人操纵的飞行器械，包括滑翔机、直升机和着陆伞。幸好他没有亲自试飞，否则人类会过早地失去一位天才。事实上，人体的构造和功能是不适合翱翔的。有人计算过，假如要像鸟儿那样绽开双翅翱翔，人体须要有1.8米长的胸骨架，才能支持牵动翅膀的肌肉。 人类第一次借助自然的力气离开地面，应当归功于两位法国年轻人，哥哥蒙特哥菲·约瑟夫（1740-1810）和弟弟蒙特哥菲·雅克（1745-17301）。兄弟俩喜爱数学，熟识富兰克林出名的风筝试验，读过英国化学家普利斯特莱关于空气性质的论文，而且爱动手做试验。1782年，在凝视炉子的烟冉冉上升时，他们突然想到：烟会不会把什么物体托起来？他们将一个敞口的绸布袋袋口朝下地正对炉火，当烟充溢绸布袋时松开双手，结果烟托着绸布袋升到了天花板。兄弟俩又在室外点燃一堆碎羊毛和麦秸以产生热气和烟，结果绸布袋升至23米高后才缓缓着陆到地。后来，兄弟俩又用纸糊了一个大气球，用布做衬里，下端开口兜住热气。他们在地上烧起一堆火重复这个试验，结果气球升至1800米高，着陆在1600米之外，引来多数人围观。 这一独创引起了科学家和皇室的爱好，蒙特哥菲兄弟被邀请到巴黎。人们希望他们做一次动物升空试验，看看在高空它们能不能存活。1782年9月，一个装载着羊、公鸡和鸭子的吊篮随着热气球升上高空，然后平安返回，动物安稳无恙。法国国王路易十六希望兄弟俩到凡尔赛宫广场表演，并准备让两个死囚犯登上吊篮随热气球升空。青年历史学家罗吉尔对此极为生气，他怒吼：“罪恶的死囚可以光荣地成为第一次升空的人吗？我才该去！”1783年11月21日，罗吉尔和另一个志愿者爬进吊篮，在巴黎上空航行25分钟后平安着陆在距起飞地9千米的地方。这是人类历史上第一次胜利的自由飞行。三年之后，罗吉尔在一次气球飞行事故中丧生，成为第一位空难牺牲者。 使气球升空的力气，来自四周空气的浮力。在海平面旁边，当温度为20时，每立方米空气的质量大约为1.3千克。温度上升，空气密度减小。当温度为90时，每立方米空气的质量大约为1.04千克。一只直径20米的气球，充溢热气之后产生的升力可以达到1010千克以上，足以克服气球的自重，而且可以提起一只不断燃烧产生热气的炉子，带动载有几个人的吊篮升空。由于这种气球利用热空气产生浮力升空，故又称为热气球。 就在人类第一次升空10天之后，其次次载人飞行又起先了，还是在巴黎。不过，这次气球里灌的是氢气英国科学家卡文迪什于1766年发觉了这种比空气轻的气体。年轻的物理学家查尔斯和他的同伴坐在吊篮里飞行了两个小时，距离达到43千米；当气球着陆，同伴爬出篮子后，升力隧然增加，气球带着查尔斯又飞上了天空，始终飞到接近3000米的高度。查尔斯好不简单才令气球重新返回地面。心有余悸的他发誓再也不上气球的吊篮了。 人们能够乘气球浪漫地升上天空，但是难以限制气球飞行的方向。于是，有人提出为它装上可以调整角度的帆，有人主见给它装上像鸟儿一样的扑翼，还有人提出装上人力转动的螺旋桨推动器。然而，这些方案都不胜利，因为与浩大的气囊相比，它们产生的力气实在是微乎其微。 1852年，法国人吉法尔德独创了运用机械动力推动气球变更方向的技术。他在气球下面吊载一台3马力的蒸汽机，用它带动一个大风扇。风扇叶片旋转产生水平推力，只需调整风扇的方向即可变更气球的飞行路途。他把气球做成长长的椭球体，像一支巨大的雪茄烟，以便减小阻力，人们称其为“飞艇”。事实上这种设计产生的水平推力也很有限，飞艇只能在无风的天气航行且速度很慢，仅为每小时10千米，比人在地上步行略快。 19世纪末，人们用内燃机取代蒸汽机作为飞艇的推动动力。由于内燃机的重量比蒸汽机轻许多，而高速旋转的桨叶可产生更大的水平推力，飞艇的飞行性能因此大为改观。1883年，德国工程师迪生代尔独创电动空中飞行器，首次采纳蓄电池驱动的电动机为动力，消退了飞艇的噪声，削减了氢气爆炸的危急。 18101年，奥地利人施瓦尔茨采纳轻金属铝制作骨架支撑柔韧的气囊，使飞艇既坚固又减轻了自重；181011904年间，在法国谋生的阿根廷人桑托斯建立了几艘这样的飞艇，环绕埃菲尔铁塔飞行，还获了奖。后来，德国退休军官齐伯林在与施瓦尔茨的遗孀结婚后，继承了铝质骨架飞艇专利，并在德国政府支持下起先大量制造军用飞艇。这种飞艇能够在空中滞留24小时以上。在第一次世界大战中，德军曾利用这种飞艇轰炸英国。 第一次世界大战之后，德国与英国都加速发展飞艇。1918年，英国建立的飞艇首次飞越大西洋，耗时108小时。1928年，德国建立了豪华飞艇“齐伯林号”，长236米、宽30.5米，载客20名，飞越大西洋来回费用每人10103000美元。这艘飞艇共144次飞越大西洋，航程超过16万千米，运输旅客1.3万人，为当时航程最远、运载人数最多的飞行器。 1923年，美国人从大气中分别出稀有化学元素氦，并独创了充氦气的飞艇。氦是一种较空气轻的惰性气体，不会燃烧和爆炸，用于飞艇特别平安。其次次世界大战前，美国严格禁止向纳粹德国出口氦气，德国人只能当心翼翼地驾驶氢气飞艇航行。1936年，德国建立了一艘比“齐伯林号”更大、更豪华的飞艇“兴登堡号”（以德国总统的名字命名）。1937年5月6日，它运载50名乘客首航到达美国，当其在新泽西州着陆时起火爆炸，当场死亡36人。至今人们也未查明这一事务的产生缘由，有人说是人为的有意破坏，有人说是电气火花引燃泄漏在空气中的氢气。这一凄惨事故熄灭了人们对飞艇的热忱。 早在蒙特哥菲兄弟的热气球升空之后不久，法国独创家凯利便起先探究如何使比空气重的物体飞上天空。1804年，他设计制造了世界上第一架可以飞行的模型飞机。为了减轻重量，他用纸糊的风筝做机翼，机身采纳一根灵巧牢固的木棒，木棒的后端装有十字交叉的水平尾翼和垂直尾翼。当垂直尾翼转动时，可以限制飞机向右向左运动；当水平尾翼上倾或下斜时，可以限制飞机爬升或俯冲。 1809年，凯利出版了他的重要著作在空气中航行，阐明比空气重的物体可以在空中飞行。他在书中提出了飞行的原理以及制造飞机必需留意的三个问题：升力、阻力和限制。为了增大升力，提高飞行的稳定性，他还提出双翼飞机和三翼飞机的设计，这种飞机像是从上到下长着两对或三对翅膀的大鸟。凯利的构想超出了人类仿照飞鸟的阶段。 为了测试飞机在人为产生的气流中的受力状况，人们曾制作过多种多样的模型飞机。结果发觉，要想让飞机升起来其实很简洁，关键在于机翼的形态和机翼拂过空气的速度。机翼的形态应当是上面为弧面，下面为平面。这样，当空气流过机翼时，上面的气流快，下面的气流慢。而依据18世纪瑞士科学家伯努利发觉的原理慢气流压强大，快气流压强小，机翼上下两面受到的合力就是一种向上的力。机翼面积越大，向上托举飞机的力就越大，而气流速度越快，飞机的升力也就越大。1873年，英国人韦纳姆特地制作了一个直径为3米的空管，用蒸汽机带动风扇高速旋转，在空管中可产生速度达每小时65千米的气流。这种可以产生高速气流的空管被叫作“风洞”，用来设计最合理的飞机。风洞试验的结果使人们惊异：高速气流拂过机翼时，可以产生数倍于机翼自身重量的升力！这一发觉坚决了人们制造飞机的信念。利用风洞试验探讨飞机的造型和结构，标记人类憧憬飞行的创建活动由冒险走向科学。 德国工程师李林塔尔（1848-1896）在对机翼进行系统探讨后，制作出特别具体的图表，其中列出了不同形态的机翼产生的升力，为飞机设计供应了重要的科学依据。 1894年，李林塔尔乘坐自己设计的滑翔机，在平地垒起的小土丘上经助跑跃起，胜利飞行了45米，成为人类历史上首次实现可限制飞行的先驱。李林塔尔不断改进滑翔机的设计和结构，驾机飞行了2000多次。他坚信，假如装上机器动力，滑翔机肯定能够飞起来。然而，他未能实现自己的有动力飞行的夙愿。1896年，在一次滑翔飞行中，一阵疾风使滑翔机失控，他从空中坠落，其次天便离开了人世。临终前他讲的最终一句话是：“假如想飞行，就要作出牺牲。” 凯利和李林塔尔的探究实践，以及人们在风洞试验中获得的探讨结果，为动力飞行打算了最重要的条件。事实上，风洞机翼升力试验的结果，已经使人们找到了牵引飞机前行的有效方法。既然水平气流拂过不动的机翼可以产生巨大的升力，假如让两片机翼头对头连接起来绕中心轴高速旋转，就会在旋转轴线的方向产生强劲的推力。这种力气足以使飞机克服空气阻力，快速飞行。这种组装在一起的旋转机翼被称为螺旋桨。 后来，人们起先把用做火车动力的蒸汽机搬上飞机，让它作为螺旋桨的动力。由于蒸汽机太重，这种有动力的飞机不能飞，只能在地上跳。1874年，法国人泰蒙佩尔的蒸汽飞机可以跳起来并滞留空中两秒钟。1884年，法国工程师埃达尔的蒸汽飞机跳起来并飞行了46米。1896年，美国科学家兰利制造了一架无人驾驶的蒸汽飞机，它从搭建在房顶的高台上起飞，飞行了800米，在空中的飞行时间达90秒钟。（未完待续） 第8页 共8页第 8 页 共 8 页第 8 页 共 8 页第 8 页 共 8 页第 8 页 共 8 页第 8 页 共 8 页第 8 页 共 8 页第 8 页 共 8 页第 8 页 共 8 页第 8 页 共 8 页第 8 页 共 8 页