飞行理论的探索和奠基
说到飞机的发明,不得不先提到两位早期的天才设计家。
一位是意大利的列奥纳多·达·芬奇。达·芬奇出生于1452年,他是第一个运用科学知识对飞行问题进行研究的人,并曾设计出了降落伞和直升机的雏形。
另一位则是英国人乔治·凯利爵士,他被誉为“航空之父”,也是公认的“飞机的创始人”。他为重于空气的航空器创立了必要的飞行原理,而在这之前,航空是“一门在公众眼中接近于荒谬可笑的科学”。凯利对飞行原理、空气升力及机翼的角度、机身的形状、方向舵、升降舵、起落架等都进行了科学的研究和试验,他首次把飞行从冒险的尝试上升为科学的探索。他主要的理论反映在其著作《关于空中的航行》中。这本书为后来的飞行器研究者提供了重要的经验。
法国电气工程师阿代尔是动力飞机的研制者。1889年前后,他在法国官方资助下,设计制造了一架蝙蝠式飞机,取名“风神”,并于1890年10月9日,在格雷茨湖地区进行了秘密试飞。随后,阿代尔又接连制造了两架飞机。在这过程中,飞机(Airplane)——一个我们熟悉的名称诞生了。
不过,阿代尔飞机的缺点是显而易见的,比如采用扑翼实现升举,不具有稳定性和可操纵性,发动机功率不足,等等。
此外,这些飞机的每一次试飞都秘密进行,由于军方保密,结果不得而知。后来研究者普遍认为,他的飞机是无法实现持续飞行的。阿代尔的飞行试验因此成为航空史上争议最大的事件之一。
美国人塞缪尔·兰利是航空史上另一位颇有争议的人物。
1886年,兰利开始认真研究飞行问题。1891年,他写成航空基础理论著作《空气动力学试验》,坚信人类能够研制出高速飞行的动力飞机。
兰利还进行了很多实际的设计工作。到1901年,他曾先后制造了大约40架橡筋动力飞机模型,并进行试飞试验,其中比较好的结果是留空时间为8秒,飞行距离30多米。后来,他把精力集中在蒸汽机飞机模型上。1896年5月6日,他研制的第5号模型飞机进行了一次非常成功的飞行,上升到约20米的高度,飞行距离达760米。不久,另一模型取得了更大的成功,留空时间长达2分45秒,飞行距离达到1500米。接着,兰利及其助手开始研制载人动力飞机的工作。但1903年,两次飞行试验相继失败,兰利受到新闻媒体的冷嘲热讽,政府也取消了对他的财政支持,心灰意冷的他在3年后默默地离开了人世。
后来,人们证明兰利的飞机设计是成功的。他得出倾斜平板的升力规律:升力与平板面积成正比,与速度平方成正比,与迎角的正弦成正比。这个公式在今天依然正确。兰利的失败,离成功仅一步之遥,失败之处在于他未能把飞行试验持续进行下去。
拓展阅读
◎英国工程师威廉·塞缪尔·亨森,是乔治·凯利的最重要的追随者之一。他于1843年提出的飞机设计方案“空中蒸汽车”,几乎具备了成功地载人动力飞行所需要的一切要素,他设计的飞机草图虽非常简单,但却合理,令人觉得建造飞行器这一幻想离现实只有一步之遥。然而,由于在当时缺乏必要的理论和技术基础知识,亨森也只好停下他的探索工作。1881年,法国人穆亚尔在其出版的著作《空中王国》中,提出固定翼滑翔机的思想,把凯利的思想进一步发扬光大。