从1870年9月到1871年1月28日,巴黎上空的气球飞行,一共进行了66次,155个人和9吨多重的邮件被送出了巴黎。
飞艇的诞生
如果你看到早期的气球设计图,一定会惊奇地发现,几乎所有的设计图都毫无例外地设计了“帆”或是画上了“桨”。
因为当时的设计人员错误地认为,比空气轻的飞行器就像比水轻的船在水中航行一样,安上了桨和帆就能使气球保持航向,沿着预定的航线飞行。
过了很长时间,人们才认识到:气球只能随着气流的移动而飘动,因此,帆和桨都是多余的。
1784年,法国有一个叫梅斯尼埃的陆军军官,把他的一项设计呈报给法国科学院。
他设计了一个“雪茄烟”形状的“气球”,这种“气球”利用内部气体的压力保持着它的形状。
高空的空气要比地面的空气稀薄,空气的压力也就相对减少,这时“气球”里的气体压力也要相对减少,也就是说,“气球”外部的压力和“气球”内部的压力要始终保持一定的差别,“气球”才能始终保持原状。
为了使这个“气球”能在不同的高度上保持着理想的压力差,需要不断地将“气球”气体排出,可是无法在空中补充气体,这样气囊就会变形。为了避免气囊变形,再在“气球”的外层设计一个充满气体的外气囊,这个气囊的气压要大于大气的压力。这样,当“气球”需要充气时,外气囊的气自然会向“气球”里充气。人们给这位陆军军官设计的“气球”起了另外一个名字——飞艇。这位陆军军官还为这个飞艇设计了一个永久性的飞艇站和一个野外的活动掩体。可惜,这位陆军军官的设计一直停留在纸上,最终也没有变为现实。
后来,有一个叫蒙克·梅森的英国人,他制造了一个小型飞艇,用发条装置驱动螺旋桨来推动它。
这个小型飞艇飞起来了,据说每小时可飞行8千米。但这个飞艇还是一个不可操纵的飞艇。
世界上第一艘可操纵的飞艇是一个叫亨利·吉法德的法国人制造的。
这个法国人设想,既然是飞艇,那么就可以把船上的发动机安在飞艇上,让发动机来带动或推动飞艇升空和前进。
于是,这个法国人制作了一个雪茄烟形状的大飞艇。
这个大飞艇长44米,直径12米,飞艇上安装了一个蒸气发动机,这台发动机可以驱动一副3个叶片的螺旋桨。
1852年9月24日,这位法国人操纵雪茄烟状的飞艇从巴黎的马戏场起飞,以每小时8千米的速度飞行,3个多小时后,在离巴黎大约28千米之外的德拉普降落。
因为这个飞艇的升高还是采用热气球的原理,而前进是采用了螺旋桨,所以说这是一种半操纵飞行。
吉法德飞艇
过了30多年,一种可以全向操纵的飞艇问世了,它是由两个法国人设计的,他们给这艘飞艇起名为“法国号”。
“法国号”长51米,飞艇上装一台9马力的发动机,它的速度达到每小时19.3千米。
“空中蒸汽车”计划
除去风筝和气球,人们更加向往能够像鸟类那样展翅飞翔。
15世纪意大利的美术家、自然科学
家和工程师达·芬奇,就曾经仔细观察过鸟类的飞行,特别是鸟的翅膀,画了不少鸟翼的速写,设计过扑动翅膀进行飞翔的扑翼机草图。后来又认识到鸟能飞翔是由于它的心脏提供了动力,又设计过用螺旋桨驱动的扑翼机,它的外形像蝙蝠。
据记载他制作了滑翔机,并亲自试飞,但已寻找不到可靠的证据。
他死后,有人出版了他生前对飞行研究的专著《鸟的飞翔》。意大利人为了纪念达·芬奇首创飞行机的贡献,在新建的罗马国际机场竖立了达·芬奇手拿飞机模型的雕像。
达芬奇设计的飞机草图
达·芬奇的努力未能成为现实,既受当时对于机翼如何获得升力的理论还未提出的限制,也受缺乏动力的限制。
然而,达·芬奇仍不失为一位从科学的角度对飞行机械进行研究的先驱。
16世纪的英国哲学家培根在航空史上的贡献也值得一提,他设想的靠人力实现飞行的想法,要比其他幻想家的想法先进得多。
他这样想象:“供飞行用的机器,上面坐一个人,靠驱动一台机械,使人造翅膀上下扇动扑打空气,尽可能地模仿鸟的动作飞行。”
进入19世纪,气球飞行已为人们所接受,并从理论上认识到了它的可行性,于是有人相应地从理论上“论证”:要制造出比空气重的飞行器是不可能的。他们对于要发明出以动力飞行,自重比空气重的飞行器的想法,及对研究飞机的种种设想,仍然持嘲笑和轻视的态度。
宗教界也有神父认为,如果上帝愿意让人在空中飞行,他就会给人类以安琪儿那样的翅膀。既然上帝认为没有这个必要,人类自己为此所作的一切努力,也终将被证明是白费心机!
为了航空事业的发展,有许多人相信他们的设想最终是能够实现的。
当时,有一位科学家这样说:“我研究‘飞行,或者叫空中航行’,是为了给一门在公众眼睛中接近于荒谬可笑的学科,增加一点尊严。”
英国一位名叫亨森的科学家,他就是研究飞机的先行者。
他进行了多年的研究,在他40岁的时候,他拿出了一种飞机的设计方案,他给自己设计的飞机起名为“空中蒸汽车”。
“空中蒸汽车”是什么样子呢?它有机翼、尾翼、升降舵和可操纵的水平、垂直后翼面。
机翼的构成也很接近现代飞机,机翼上有坚固的翼梁和厚翼肋,翼梁上覆盖有纤维织物。
“空中蒸汽车”已具备了成功的载人动力飞行所需要的一切要素。
亨森遇到的一个难题是:缺少一种既能产生推动飞机所需的足够的动力,又不至于笨重到影响飞行的发动机。
亨森把希望寄托在蒸汽或热气驱动的发动机上。这也是亨森把自己设计的飞行器叫做“空中蒸汽车”的一个原因。为了检验“空中蒸汽车”的可靠性,亨森按照设计比例,制造了一个缩小的模型。它在这个小模型上安上了一台小型蒸汽机,用来驱动两副推进式螺旋桨。
1847年的一天,亨森用这个小模型进行了飞行试验。这架模型机从一个斜坡上起飞,两副螺旋桨飞快地旋转,“空中蒸汽车”开始滑跑、上升,突然,“空中蒸汽车”垂直地坠向地面。问题在哪里?当时人们还认识不到,这是因为机翼的升力不足再加上发动机的重量过重,致使“空中蒸汽车”只是在空中滑翔了一段距离,根本谈不上飞行。由于模型试验失败,亨森感到异常失望。尽管如此,很多人还是把亨森称为“空中航行之父”。
亨森的职业是工程师,他在小时候就对许多东西感兴趣,在他的眼中没有一件机械装置是完美的,他觉得都有改进的必要。
熟悉他的人说:“亨森每看到一件新设备,都要研究一番,并且想办法对其进行改进,例如:一种新剃刀、一种后膛炮、一件织物的防水方法、一个清洗蓄水池的装置等等。”
正是这种广泛的兴趣,促使亨森不断地开动脑筋,不断地试验,不断地创新,终于成为空中航行的先行者。
托马斯·莫伊也是蒸汽驱动的发动机的爱好者。他设计的前后单翼机叫做“航空蒸汽机”,是一个带有6英尺直径双推进器的大型飞行器。采用蒸汽发动机作为动力,可实现3马力状态下550转数/分钟。航空蒸汽机使用三轮着陆装置。1875年6月,莫伊在伦敦水晶宫测试了该飞行装置。托马斯·莫伊设计的“航空蒸汽机”在飞行轨道指引下达到了12英里/小时的速度,但是这款飞行器并未产生足够的浮力离开地面。尽管最终“航空蒸汽机”以失败告终,但是它的部分设计组件可用于其他飞机设计。依据计算,“航空蒸汽机”可飞行离地6英尺高,但它最终并未实现这一飞行高度。
第一个驾驶飞机的人
法国人克莱芒·阿代尔是第一个驾驶有动力的飞机离开地面的人。
阿代尔是一名电气工程师和发明家,他在研制电话方面取得了成果。在法国,他的知名度很高。
1890年10月9日,阿代尔驾驶一架叫“神风”的飞机进行了飞行。从外表上看,“神风”像一个蝙蝠,它的机翼是按照蝙蝠翅膀的形状设计的。“神风”上安装了一台蒸汽机,机上有副螺旋桨。机翼可以折叠,就像现代航空母舰上起降的舰载飞机那样,但机翼上没有操纵面。
他研制的这个蝙蝠形的飞机,结构虽然比较先进,但事实证明蝙蝠翅膀形状的机翼是不适合飞行的,再说他的蒸汽机也过重,阿代尔的“神风”最终没有取得成功。
另一个叫珀西·皮尔彻的英国人设计了一架滑翔机,他给这架滑翔机取名叫“蝙蝠”。机上装有内燃机以提供动力。他的这架“蝙蝠”曾经滑翔过几次。后来,皮尔彻在进行一次滑翔机滑翔时坠地,摔成重伤,在1899年10月2日死去。皮尔彻是早期死于空气飞行器事故的英国人。
阿代尔的“神风”飞机
另一个引人注目的美国人叫马克西姆,他曾经研制了一种机关枪,这种机关枪就以他的名字来命名,叫“马克西姆机枪”。更令人惊异的是,他还制造过一架飞机。这架飞机的外形虽然与“蝙蝠”不尽相同,内部又有达180马力的大蒸汽机,但是由于飞机的机翼仍然不理想,蒸汽机马力虽大,自重也大,几次试飞都出了事故。
阿代尔、皮尔彻和马克西姆的试飞工作虽然很令人感兴趣,但是他们的试验在航空史上并不很重要。
这并不完全因为他们的试验没有成功,更主要的是因为他们的试验没有取得开创性的成果。
与他们相比,一个叫奥托·李林塔尔的德国人在航空史上却占有十分重要的地位,因为他的一系列实验直接导致了莱特兄弟的重大发明。
滑翔机的历史
乔治·盖勒被认为是航空史上最重要的人物之一,他被认为是第一位真实的科学航空调查员,第一位真实理解航空和飞行的基本法则的人。盖勒滑翔机他的第一个飞行器设计建造于1796年,带有逆时针旋转推进器。3年之后,他示范了这个飞行器证明其能够实现飞行。这是一个单翼滑翔飞机。
1804年,盖勒设计并建造了单翼滑翔机模型,并在公众场合下亮相。该飞行器带有可调节的十字形机尾,类似风筝外型的机翼装配在高角度范围内,可变化重量,可改变重力中心。它可能是具有重大飞行意义的滑翔装置。
李·布瑞斯也是一位渴望飞行的人。他建造滑行机的灵感来自于信天翁的外型。1856年他在海岸进行了一次短暂飞行,当时是在逆风状况下由奔跑的马拉动启航。最终,布瑞斯超过了之前预计的飞行高度。这架外型类似信天翁的飞行器成为第一个比空气重的飞行装置,据报道,飞行高度达100米,航行200米的距离。布瑞斯的人造“信天翁”
1868年,在法国海军的支持下,他建造了第二架飞行器,他在布雷斯特市测试了3次均未飞行成功。这架飞行器与第一架飞行器十分相似,只是重量更轻,其设计系统可分配机身重量。
布瑞斯设计的这种飞行器,主要充当着机翼作用。1857年3月,这项发明取得了专利权。该飞行器的设计和功能都源于自然,能够将信天翁的飞行特征应用于机械飞行设计,而不仅仅是一个自然界动物形式的复制,其本身具有显著的飞行功能。据悉,布瑞斯一直坚持自己的这项实验,认为其飞行器设计外形是成功的,虽然在测试飞行中曾受伤。
第一架飞机诞生
在世界航空史上最著名的人物要数莱特兄弟。莱特兄弟分别叫做威尔伯·莱特和奥维尔·莱特。他们的父亲是一位主教,住在美国俄亥俄州的德顿。莱特兄弟先是在德顿开了一个自行车修理店。他们俩从小就喜欢航空,他们曾写信给史密森博物馆索取有关航空科技的书籍和资料,刻苦学习钻研。
德国李林塔尔的著作《飞行与翱翔试验》,法国马雷的著作《动物机理》和美国的《飞行机器的进步》等书是他们反复研究的书籍。
莱特兄弟还认真吸取了前人的实践经验,尤其是李林塔尔滑翔飞行的经验。他们自己进行了至少1000多次的滑翔飞行试验,熟练地掌握了滑翔机的操纵方法。
接受前人,特别是李林塔尔在滑翔中失事的惨痛教训,1901年,兄弟二人建设了一个小风洞,制造了一个人工吹风的小环境,可以让各种形状的机翼放在各种风向和气流和条件下试飞,观察它们表现出来的性能和对不利的自然条件的承受力。
这是莱特兄弟发明飞机成功的重要因素之一,通过实验,既可获得改进设计通向成功的数据,又可避免李林塔尔那样的牺牲。他们利用风洞测量了200多种机翼的升力和阻力。光是测量机翼升力的试验就有几千次,取得了可靠的数据。风洞至今仍是航空设计师们不可缺少的一项实验设备。
人类历史中涌现过不少想发明飞行器的探索者,也曾对鸟类的翅膀进行过观察、进行过简单的模仿,却始终未能从理论上搞明白:鸟明明比空气重,为什么它展开双翼就能安详地遨游在空中呢?这个问题的解决,我们要感谢瑞士物理学家伯努利发现了流体力学中的“伯努利定理”,将这个定理用来解释模仿鸟翼构造的机翼的剖面,其中的秘密就揭开了,那就是:当飞机的机翼向前行进时,机翼将空气冲开,一股空气从弯曲的翼上面流过,另一股空气从平坦的机翼下面流过,而后上面那股气流和下面那股气流要同时在机翼的后面会合。
这时,上面的那股气流因为要“跑”这一段弯弯曲曲的“路”而加快速度,也就是说,这部分的空气流速比下面的空气流速快,它的空气压力也就比下面的空气压力小。
下面的空气压力比上面大,这就产生一股向上托住机翼的力,它就是升力。
鸟能展开它的双翼而安详地遨游在空中,也正是因为它的双翼有着这样的构造。
我们也可以做个实验,将两个乒乓球并排挂在空中,用嘴从它们两个中间吹去,你会看到,两个乒乓球不仅不会分开,反而会互相靠拢。
这也说明空气流速大的地方,空气的压力就小,而空气流速小的地方,空气对物体的压力就大。
正是根据这个原理和在风洞实验中获得的实验数据,莱特兄弟在设计他们的飞机的时候,做成了上面稍稍凸起下面平坦的形状,而且采取了双层机翼,这都是为了获得比较理想的升力。