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千載飛行夢 從飛行者一號到超音速飛機

二十世紀最重大的發明之一,是飛機的誕生。人類自古以來就夢想著能像鳥一樣在太空中飛翔。在飛機誕生之前,航空的發展經歷了從幻想到冒險,從理論探索到實踐的漫長過程。古代有許多勇敢的人嘗試利用鳥的翅膀飛上藍天,但這些冒險活動往往落得非死即傷的悲慘命運。人們逐漸認識到,飛行是複雜的,單靠冒險無濟於事。要想實現升空飛行的理想,首先必須研究飛行這門新的科學。

偉大的藝術家達·芬奇是第一位以科學的態度研究飛行的人。他在設計撲翼機的同時,還設計了直升機和降落傘。到了19世紀,飛機的研製進入一個空前活躍的時期。一方面有關飛機升力、阻力、穩定與操縱的理論初步建立起來,另一方面動力飛機的研製探索取得了可貴的經驗。儘管先驅者們沒有最終研製成功有動力、可持續飛行的飛機,但他們的工作為萊特兄弟打下了堅實基礎。


   千載飛行夢 從飛行者一號到超音速飛機

飛行者一號試飛

1903年12月17日,這是一個載入史冊的日子。這天清晨,天氣陰冷,不斷的陣風帶著剌骨的寒意,在美國北卡羅來納州的基蒂·霍克的一塊空地上,幾個身影在晃動著,萊特(Wright)兄弟正在準備對他們製造的「飛行者」1號進行第一次試飛。

孤零零的「飛行者」1號靜靜地停在冷冷清清的場地上,除了一名見證人、幾個救生人員和幫手外,沒有任何觀眾。

「飛行者」1號儘管體型很龐大,但「身子」卻十分單薄。它採用了一副前翼和一副主機翼,並且都是雙翼結構,用蒙皮木支柱和張線聯結而成。一台汽油塞發動機被固定在主機翼下面的一個翼面之上,機翼後面安裝著左右各一副雙葉螺旋槳,機尾是一個雙翼結構的方向舵,用來操縱飛機的方向,而飛機上下運動則由前翼來操縱。飛機沒有起落架和機輪,只有滑橇。起飛時飛機裝在滑軌上,用帶輪子的小車拉動和輔助彈射起飛。駕駛員俯伏在主機翼的下機翼中間拉動操縱繩索的手柄操縱飛機。連同駕駛員在內,飛機總重量大約為360公斤。

這次飛行的留空時間只有短短的12秒,飛行距離只有微不足道的36米,但它卻是人類歷史上第一次有動力、載人、持續、穩定和可操縱的重於空氣飛行器首次成功升空並飛行,具有十分偉大的歷史意義,標誌著人類征服天空的夢想開始變為現實,從而被世界航空界公認為世界航空世紀的第一日。

萊特兄弟因此於1909年獲得美國國會榮譽獎。同年,他們創辦了「萊特飛機公司」。這是人類在飛機發展的歷史上取得的巨大成功。

1910年12月10日,在法國巴黎展覽會上,有一架飛機在表演時墜毀。駕駛員被拋出燃燒的機艙。但是,這架飛機卻引起人們很大關注。因為它使用的一台新型發動機。設計者就是飛機駕駛員本人,他是羅馬尼亞人,名叫亨利·科安達,畢業於法國高等技術學校。他設計的發動機是用一台50馬力的發動機使風扇向後推動空氣,同時增設一個加力燃燒室,使燃氣在尾噴管中充分膨脹,以此來增大反推力。這就是最早的噴氣發動機。


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噴氣飛機

1927年至1932年中,座艙儀錶和領航設備的研製取得進展,陀螺技術應用到飛行儀錶上。這個裝在萬向支架上的旋轉飛輪能夠在空間保持定向,於是成為引導駕駛員能在黑暗中、雨雪天中飛行的各種導航儀錶的基礎。這時飛機中就出現了人工地平儀,它能向飛行員指示飛機所處的飛行高度;陀螺磁羅盤指示器,在羅盤上刻有度數,可隨時顯示出航向的變化;地磁感應羅盤,它不受飛機上常常帶有的大量鐵質東西的影響,也不受振動和地球磁場的影響。這些儀錶以靈敏度高、能測出離地30多米的高度表和顯示飛機轉彎角速度的轉彎側滑儀,此外還有指示空中航線的無線電波束,都是用來引導駕駛員通過模糊不清的大氣層時的手段。

20世紀30年代後期,活塞驅動的螺旋槳飛機的最大平飛時速已達到700公里,俯衝時已接近音速。音障的問題日益突出。前蘇、英、美、德、意等國大力開展了噴氣發動機的研究工作。德國設計師,奧安在新型發動機研製上最早取得成功。1934年奧安獲得離心型渦輪噴氣發動機專利。1939年8月27日奧安使用他的發動機製成He-178噴氣式飛機。

噴氣發動機研製出之後,科學家們就進一步讓飛機進行突破音障的飛行,經過10多年之後這項工作終於被美國人完成了。

飛機的發明使人們在普遍受益的情況下又產生了新的不滿足。飛機起飛需要滑跑,需要修建相應的跑道和機場。這就帶來了諸多不便,於是有人開始探索可以進行垂直起落的飛行器,通稱直升機。

1939年9月14日世界上第一架實用型直升機誕生,它是美國工程師西科斯基研製成功的VS-300直升機。西科斯基原籍俄國,1930年移居美國,他製造的VS-300直升機,有1副主旋翼和3副尾槳,後來經過多次試飛,將3副尾槳變成1副,這架實用型直升機從而成為現代直升機的鼻祖。

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直升飛機

VS-300直升機誕生之後,影響巨大,尤其是從20世紀50年代開始,直升機的製造技術發展迅猛。50年代中期以前,直升機的動力裝置處在活塞式發動機時期,此後就進入了噴氣渦輪軸時期。旋翼材料結構技術也經歷了幾個階段;40年代至50年代為金屬木翼混合結構,50年代中期至60年代中期為金屬結構,60年代中期至70年代中期為玻璃纖維結構,70年代中期以後發展成為新型複合材料結構。


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民航飛機

20世紀20年代飛機開始載運乘客,第二次世界大戰結束初期美國開始把大量的運輸機改裝成為客機。60年代以來,世界上出現了一些大型運輸機和超音速運輸機,逐漸推廣使用渦輪風扇發動機。著名的有前蘇聯生產的安-22、伊爾-76;美國生產的C-141、C-5A、波音-747;法國的空中客車等。超音速運輸機有英法聯合研製的「協和」式和原蘇聯的圖-144。然而,超音速客機的發展並不樂觀。「協和」式飛機售價過高,影響效益,因而已於80年代停止生產。前蘇聯的圖-144也因為同樣的原因也在80年代停航。

飛機的發明極大促進了交通運輸業的發展,人類千年的飛行夢,終於真正用於人們的日常生活中了!

作者寫於2016-06-12
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