飞翔之梦

人类向往飞翔，比鸟儿飞得更远。

在东西方神话传说中，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。336—1368年间，我国敦煌壁画中出现的飞天画面多达4 500幅，其中莫高窟492个洞窟壁画个个都有飞天。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：约1 000年前，英国修道院有一位修士，他为自己装上人造翅膀，从教堂房顶乘风而降摔断双腿。这位名叫埃默尔的修士兴趣广泛，学识渊博，喜欢冒险。他模仿鸟儿飞行动作，打算轻快地在空中飞翔，然后平稳地落在地上，不幸重重地摔了下来。当人们把他从地上抬起来的时候，他说：“我忘记在背上装一条像鸟儿那样的长尾巴，才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，一位法国修士模仿埃默尔，带着翅膀从教堂的塔尖上跳下，当场身亡。

第一个对飞翔进行科学探索的人是达·芬奇。他相信鸟类有飞行的秘密，而人类能够复制这种秘密。在1486—1514年间，他设计了多种由人操纵的飞行器械，包括滑翔机、直升机和降落伞。幸好他没有亲自试飞，否则人类会过早地失去一位天才。实际上，人体的构造和功能是不适合飞翔的，有人计算过，如果人要像鸟儿那样展开双翅飞翔，需要有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量离开地面，应该归功于两位法国年轻人，哥哥蒙特哥菲·约瑟夫（1740—1810年）和弟弟蒙特哥菲·雅克（1745—1799年）。兄弟俩喜欢数学，爱动手做实验，阅读兴趣广泛，十分熟悉富兰克林有名的风筝实验，读过英国化学家普利斯特莱（1733—1804年）关于空气性质的论文。1782年，在注视炉子的烟冉冉上升的时候，他们突然想到它会不会把什么物体托起来？他们用绸布做了一个敞口的小袋子，袋口朝下，正对炉火松开双手，果然，烟托着它一直升到天花板。兄弟俩在室外点燃一堆碎羊毛和麦秸，当刺鼻的浓烟充满这个绸布口袋时，袋子升至23米高，然后缓缓地降落至地面。

蒙特哥菲兄弟后来用纸糊了一个大气球，用布作衬里，下端开口兜住热气。他们在地上烧了一堆火产生热气和烟，致使气球升至1.8千米高，降落在1.6千米之外，引来无数人围观。

这一发明引起了科学家和王室的兴趣，蒙特哥菲兄弟俩被邀请到巴黎。人们希望他们做一次动物升空实验，看看它们在高空能不能存活。1782年9月，装载羊、公鸡和鸭子的吊篮随着热气球升上高空又返回，动物平安无恙。法国国王路易十六希望他们兄弟俩到凡尔赛宫广场表演，并准备让两个被判死刑的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愤怒，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，在巴黎上空航行了25分钟，平安降落在距起飞地9千米的地方，这是人类历史上第一次成功地自由飞行。3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。

使气球升空的力量来自四周空气的浮力。在海平面附近，当气温达20摄氏度时，每立方米空气约重1.3千克。温度升高，空气的比重减小。达到90摄氏度时，每立方米约重1.04千克。一只直径20米的气球，充满热气之后产生的升力可以达到1 000千克以上，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。由于它利用热空气产生浮力升空，故被称为热气球。

就在人类第一次升空10天之后，还是在巴黎，第二次载人飞行又开始了。不过，这次气球里灌的是氢气。1766年，英国科学家卡文迪什（1731—1810年）发现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了2个小时，飞行距离达到43千米。可当气球降落，同伴从篮子里爬出来的时候，气球带着查尔斯又飞上了天空，一直飞到接近3千米的高度。查尔斯好不容易才令气球重新返回地面。他心有余悸，发誓再也不上气球的吊篮。

人们能够浪漫地乘气球升上天空，但是，难以控制气球飞行的方向。有人提出为气球装上可以调节角度的帆，有的主张给它装上鸟儿一样的扑翼，还有人提出给它装上人力转动的螺旋桨推进器。这些方案都不成功——与庞大的气囊相比，它们产生的力量微不足道。

1852年，法国人吉法尔德发明机械动力推动升空气球改变方向的技术。他在气球下面吊载一台3马力蒸汽机，用它带动一个大风扇旋转，利用风扇叶片产生水平推力。调整风扇方向，可以改变气球飞行的路线。他把气球做成长长的椭球形，像一支巨大的雪茄烟以便减小阻力，人们称其为“飞艇”。实际上，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，速度很慢，仅为每小时10千米，比人在地面步行略快。

19世纪末，内燃机取代蒸汽机作为飞艇的推进动力。由于内燃机的重量比蒸汽机轻很多，高速旋转的桨叶可以产生更大的水平推力，因而飞艇的飞行性能大为改观。1883年，德国工程师迪生代尔发明电动空中飞行器，首次采用蓄电池驱动的电动机作动力，消除了飞艇的噪声，减少了氢气爆炸的危险。

1897年，奥地利人施瓦尔茨采用轻金属铝做骨架支撑柔韧的气囊，使飞艇既牢固又减轻了自重。1897—1904年间，在法国谋生的阿根廷人桑托斯建造了几艘这样的飞艇，环绕艾菲尔铁塔飞行，还获了奖。后来，一位退休的德国军官齐伯林与施瓦尔茨的遗孀结婚，继承了铝质骨架飞艇专利，在德国政府支持下开始大量制造军用飞艇，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，德军曾利用它轰炸英国。

第一次世界大战之后，德国与英国都加速发展飞艇。1918年，英国建造的飞艇首次飞越大西洋，耗时108小时。1928年，德国建造了豪华飞艇“齐伯林”号，长236米，宽30.5米，载客20名，飞越大西洋往返费用每人1 000～3 000美元不等。这艘飞艇共144次飞越大西洋，航程超过16万千米，运送旅客1.3万人，为当时航程最远、运载人数最多的飞行器。

1923年，美国人从大气中分离出稀有化学元素氦，发明了充氦气的飞艇。

氦是一种较空气轻的隋性气体，不会燃烧和爆炸，用于飞艇非常安全。然而，美国严格禁止向纳粹德国出口氦气，德国人只能小心翼翼地驾驶氢气飞艇航行。1936年，德国建造了一艘比“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。至今人们也未查明其原因。有人说是有人故意搞破坏，也有人说是电火花引燃泄漏在空气中的氢气。这一悲惨的事故熄灭了人们对飞艇的热情。

早在蒙特哥菲兄弟的热气球升空之后不久，法国发明家凯利（1773—1857年）便开始以另外的方式探索飞行，拟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，机身是一根轻巧结实的木棒，木棒的后端装有十字交叉的水平尾翼和垂直尾翼。垂直尾翼转动时，可以控制飞机向右、向左运动；水平尾翼上倾或下斜时，可以控制飞机爬升或俯冲。为使设计更加合理，凯利进行过模拟试验。他把各种形状的物体捆绑在高速水平旋转的长杆上，测量它们与空气发生相对运动时受到的阻力和产生的上升力。1809年，凯利出版了一部重要的著作——《在空气中航行》，阐明比空气重的物体可以在空中飞行。在书中，他提出了飞行的原理以及制造飞机必须注意的3个问题：升力、阻力和控制。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模仿飞鸟的阶段。

凯利多才多艺，他喜欢机器亦喜欢大自然，他经常会在笔记本上画各种各样的动物、植物，常常会在日记里记录不同领域的各种事情，他把一生献给了航空。1853年，凯利制作了一架足以载荷飞行员的大滑翔机。由于年事已高，他不能亲自驾机，便命令他的车夫拖着滑翔机沿山坡向下疾跑一段之后迅速跃升。并在空中飞越了一个村落。落地的时候，那位不情愿的“飞行员”要求立即辞职，他大声叫道：“我是来赶车的，不是来飞的！”这是人类历史上第一次无需气球牵引升空的无动力飞行。

人们曾制作过多种多样的模型飞机，测试它们在人为产生的气流中受力的情况，结果发现使飞机升起来其实很简单，关键在于机翼的形状和机翼掠过空气的速度。机翼的上面应该是弧面，而下面是平面。空气流过这种机翼的时候，上面的气流快而下面慢。根据18世纪瑞士科学家伯努利（1700—1782年）发现的原理：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。

1871年，英国人韦纳姆专门制作了一个直径3米的空管，用蒸汽机带动风扇高速旋转，产生了时速达65千米的气流，用来设计最合理的飞机。这种可以产生高速气流的空管，后来人们叫它“风洞”。风洞实验的结果使人们惊讶：高速气流掠过机翼时，可以产生数倍于机翼自身重量的升力。这一发现坚定了人们制造飞机的信念。利用风洞试验研究飞机的造型和结构，标志人类向往飞行的创造活动由冒险走向科学。

德国工程师李林塔尔（1848—1896年）对机翼进行系统的研究，制作非常详细的图表，列出不同形状机翼产生的升力，为飞机设计提供了重要的科学依据。而且他还亲自驾驶滑翔机，成为人类历史上首次实现可控制飞行的先驱。

1894年，李林塔尔根据自己的研究结果设计制造了一架滑翔机，使之在平地垒起的小土丘上经助跑跃起。他乘滑翔机飞行了45米，而后平稳地降落在地面。随后，他在德国柏林郊外找到一处有断崖的小山。这一次，他拖带滑翔机登上崖顶飘然而下，并不断挪动身体重心以在空中保持平衡，滑翔了350米。李林塔尔不断改进滑翔机的设计和结构，驾机飞行了2 000多次。他坚信，如果为滑翔机装上机器动力，一定能够飞起来。然而，在1896年的一次滑翔飞行中，一阵疾风使滑翔机失控，李林塔尔来不及挪动身体，从空中坠落下来，第二天便离开了人世，未能实现有动力飞行的夙愿。临终前，他讲的最后一句话是：“如果想飞行，就要做出牺牲。”

凯利和李林塔尔的探索实践，以及人们在风洞实验中获得的研究结果，为动力飞行准备了最重要的条件。实际上，风洞机翼升力实验的结果，已经使人们找到了牵引飞机前行的有效方法。既然水平气流掠过不动的机翼可以产生巨大的升力，那么，如果让两片机翼头对头连接绕中心轴高速旋转，就会在旋转轴线的方向产生强劲的推力。这种力量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人们称为螺旋桨。

后来，人们开始把用于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，因此，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。

19世纪末，德国工程师戴姆勒（1834—1900年）发明了汽油内燃机，这种汽油内燃机的重量很轻，能够产生强大的动力，它直接导致汽车的诞生，也为飞机问世提供了最重要的技术基础。

1903年12月17日，美国发明家莱特兄弟利用内燃机，首次实现了载人有动力飞行。

莱特兄弟出生在美国北卡罗来纳州一个牧师家庭，他们没有上过大学。1895年，他们开了一间修理装配自行车的作坊。然而，他们对飞行有着浓厚的兴趣，自修德文阅读了李林塔尔的著作，并向美国史密森学会（这是一个专门探究自然奥秘，并向公众传播科学的民间团体）索取了大量关于飞行的资料。在1900—1902年间，他们先后制造了3架滑翔机，进行了上千次飞行，反复改进其飞行能力和操纵性能。1901年9月，他们自己动手设计了一个小型风洞，以精确测量气流在机翼上产生的升力以及控制板偏转时使飞机转向的力，获得了设计飞机最重要的数据。

1902年，莱特兄弟完成了内燃机动力飞机设计，但是，没有人愿意为他们制造飞机专用的内燃机和螺旋桨，很多人认为这是无谓的冒险。他们只好从头学习发动机和推进器知识，摸索加工工艺，自己制造了一台小巧紧凑、具有4个汽缸的汽油内燃机，这台汽油内燃机重82千克，能够产生13马力功率，比蒸汽机轻得多。他们又自己设计、制造了几副螺旋桨。

一年之后，莱特兄弟精心设计的这架飞机装配完毕，它是人类历史上第一架使用内燃机动力的飞机，其样式与人们今天看到的飞机大不相同。为增大升力，他们采用木条连结的双层机翼，机翼由蒙在枞木骨架上的棉布做成，可以保证设计要求的曲面形状又能最大限度地减轻飞机自重，机翼长12.3米；机翼前方有两块可以上下倾斜的水平板，用来操纵飞机升降。机身尾部有两块可以左右转动的垂直板，用来使飞机转向，就像是船舶在水中航行使用的舵。他们将汽油内燃机固定在下层机翼偏离中线一侧的地方，通过传动装置使两台固定在机翼后方的螺旋桨旋转，利用气流产生推力使飞机前行；而驾驶员则卧在飞机中线另一侧，操纵内燃机的油门，通过钢丝控制前后小板的角度把握飞行姿态。莱特兄弟的这种设计可以使飞机重心保持在中轴线上。机身从头到尾长6.5米，其实，所谓“机身”不过是连结各种飞行部件的木头架子；飞机总重274千克，与一匹马的重量差不多，完全靠两副螺旋桨产生的动力起飞。试飞那天，人们用小车把飞机推到基蒂霍克海滩，当内燃机发动以后，随着螺旋桨转速增加，飞机与小车一起向前滑行，不久离开小车升上天空。由于这架飞机没有轮子，降落的时候只能靠飞行员精确地操纵油门和控制板使飞机减速，最终，机身擦着地面停了下来。

这一天共进行了4次飞行。第一次由弟弟奥维尔·莱特（1871—1948年）驾驶，飞机在空中摇摇晃晃飞行了12秒钟，降落在36米远的地方。第四次飞行由哥哥威尔伯·莱特（1867—1912年）驾驶，在空中停留59秒，飞行了260米。莱特兄弟驾机飞行的当天，有一名小报记者在场。人们问他如何报道，他不屑地说：“59秒算什么？59分钟还差不多！”然而他并未意识到，人类从此进入飞行时代，飞机将改变人类的活动方式。

1905年，莱特兄弟的飞机飞行距离已经达到32千米。1906年，欧洲第一架飞机升空。1908年，威尔伯·莱特驾驶的飞机失事，同行者当场死亡，成为飞机空难的第一位牺牲者，而威尔伯·莱特身负重伤，4年后故去。

推荐访问:之梦 飞翔