飛機誕生之前(1)

1、民用航空發(fā)展史第一部分：飛機誕生以前1234567891011121314151617第二章 飛機研制早期探索喬治凱利(G.Cayley，17731857)英國“航空之父?！蓖柌R特評價：“在一百年以前，喬治凱利爵士把航空技術(shù)推向了前所未有的高峰。在整個十九世紀，這個高峰沒人能夠逾越?！?909年，法國航空學會主席貝爾熱寫道：“喬治凱利爵士是真正的航空之父，他的名字值得用金字書寫在航空史冊的第一頁?！?18 馮卡門說：“目前所知的關(guān)于剛性飛機的飛行原理，可以說是由凱利所首先宣布?！毖芯颗d趣：鐵路機車、洪水治理、航空、飛艇喬治凱利很小就對飛行發(fā)生了濃厚的興趣，這一方面是由于對鳥的飛行的神往，另

2、一方面是孩提時代熱氣球載人飛行成功對他產(chǎn)生了很大影響，而后者是促使他進行航空研究的直接動因。他的第一項航空研究是仿制和改進中國古老的玩具竹蜻蜓，時間大約是1796年。 19他對竹蜻蜓的興趣一直保持到晚年。1854年他去世前3年，他還將一個改進的竹蜻蜓送給法國朋友杜布代克。他在25歲前后曾根據(jù)竹蜻蜓設(shè)計了一架直升機：直桿兩端各有一副用四片羽毛制成的螺旋槳。由弦和弓的伸張力帶動其旋轉(zhuǎn)。凱利說，這個直升機進行過多次成功的飛行。 20為了進行航空研究，凱利對鳥的飛行作了大量的觀察和研究，包括測量鳥翼面積、鳥的重量和飛行速度，并在此基礎(chǔ)上估算速度、翼面積和升力之間的關(guān)系。他第一個明確認識到：人造飛行器應(yīng)

3、當分別實現(xiàn)升舉和推進兩種功能，而首先應(yīng)當解決的是升舉問題。這是擺脫片面模仿鳥類、實現(xiàn)定翼機的重要思想和基礎(chǔ)。 21他還認識到鳥翼彎曲形狀的重要性、鳥翼具有迎角的重要性、重心與升力中心的關(guān)系以及對飛行穩(wěn)定性的影響。凱利于1799年設(shè)計了一架滑翔機，它包括帶有上反角的機翼、尾翼、機身，頗具有現(xiàn)代意味。22凱利于1804年12月自己動手設(shè)計和制造了一架旋臂機，用于研究平板的升力和阻力。旋臂機實驗件是一塊0.1平方米的平板，它被安裝在旋臂機水平旋轉(zhuǎn)桿的末端，可以偏轉(zhuǎn)成各種角度。旋臂轉(zhuǎn)動的動力來自于石塊下落的勢能。 23凱利得出了第一批關(guān)于升力和運動速度方面的數(shù)據(jù)。例如，當運動速度為每秒3.52米時，升

4、力為1.1牛頓。根據(jù)這些數(shù)據(jù)，他半定量地認識到升力關(guān)系式。他在1804年12月1日的筆記中總結(jié)說：空氣的升力“與空氣介質(zhì)密度成正比，與平板面積成正比；與運動速度的平方成正比；與迎角的正弦成正比?！?241805年他又設(shè)計了一架滑翔機，它包括了飛機的各主要部分，其中有垂直尾翼，機身前端還有金屬配重。有一副定翼，又有一副撲翼，撲翼是單獨用來產(chǎn)生推進力的。1808年，凱利又設(shè)計了一架滑翔機，它的前端安裝一只大的框式風箏，形狀具有鳥翼一樣的彎曲結(jié)構(gòu)。 25凱利在旋臂機試驗過程中，做出了另一個重要發(fā)現(xiàn)：流線型物體能夠大大降低阻力。他還解剖了一條鱒魚，畫出了截面形狀曲線。馮卡門評論說：“他得到的截面形狀幾

5、乎可以跟某些現(xiàn)代的低阻力翼型完全相合，這一點是很令人注意的?！?261809年1810年，凱利把他的研究成果分三次發(fā)表在英國自然哲學、化學和技藝雜志上，題目是論空中航行。這篇論文在航空史上占有極其重要的地位。它的問世被看成是現(xiàn)代航空學誕生的標志。 27凱利在論文中指出：機械飛行的“全部問題是給一塊平板提供動力，使之在空氣中產(chǎn)生升力并支持一定的重量?！彼ㄟ^平板升力估算，給出了一架飛機的設(shè)計參數(shù)，其中平板面積需要18.6平方米。他還分析了飛機的穩(wěn)定性、安全性和操縱性的重要性。 28在論鳥的飛行的第二部分里，凱利著重分析了設(shè)計成功飛機面臨的幾個主要困難。第一是動力問題，第二是動力轉(zhuǎn)換問題，第三是飛

6、機結(jié)構(gòu)強度和降低結(jié)構(gòu)重量問題。盡管當時蒸汽機已經(jīng)發(fā)明并得到應(yīng)用，但凱利認為蒸汽機的功率重量比非常低，很難應(yīng)用于飛機上。于是他研究了多種新的動力裝置。1805年前后，他發(fā)明了一種熱空氣發(fā)動機，甚至設(shè)想使用液氫為燃料。 29凱利在論文的第三部分中，提出了多翼機思想。他指出，當機翼面積增大時，輕重量和高強度不能同時保證，因此應(yīng)當采用多翼面結(jié)構(gòu)解決這個問題。 由于超越了時代，他的眾多發(fā)現(xiàn)沒有產(chǎn)生很大影響30漢森于1842年設(shè)計了有名的“空中蒸氣車”時，凱利很興奮。他于1843年4月在力學雜志上發(fā)表文章，對漢森的飛機設(shè)計作了評價。1849年1853年間，凱利設(shè)計并試驗了全尺寸載人滑翔機。1849年，一個

7、10歲的小男孩乘坐他的滑翔機離開過地面。凱利記述說：“飄離地面幾碼后，從小山上滑下來，而且還通過一些人用繩索把這個裝置逆著微風，拉起了大約同樣的高度?！?31據(jù)記載1853年6月，凱利的滑翔機又作了一次載人飛行。據(jù)凱利的外孫女湯普森(Thompson)回憶說：“馬車夫乘坐這架飛機離開了地面，并降落在與起飛點的高度大致相同的西側(cè)。我認為，飛機降落時飛行的距離比預(yù)計的要短得多。當參觀者越過山谷時，馬車夫走下飛機，他叫了起來：喬治爵士，我想請您注意，我是雇來趕車的，不是飛行的。這就是我記得的一切?！?3233343536371804年設(shè)計的定翼機38391804年設(shè)計的定翼機模型4041421817

8、飛艇43載人滑翔機44晚年載人滑翔機45凱利的后繼者漢森漢森(W.S.Henson，1812-1888) 英國工程師 主要工作是設(shè)計滑翔機，進行結(jié)構(gòu)試驗和改進輕型蒸汽機。斯特林費羅(J.Stringfellow，1799-1883)英國工程師 主要工作是研制小型發(fā)動機和小型飛機 1842年1月10日，漢森給斯特林費羅的信中談到他早期航空研究的情況。他說，他設(shè)計的蒸汽機太笨重，不適于飛機使用。他計劃進行進一步改進，目標是在蒸汽機重量不變的情況下，使其功率增加一倍。 461842年9月29日，漢森申請了飛機設(shè)計專利，名稱是“用于空中、陸地和海上的蒸汽動力裝置。”他在專利說明書上寫道：這種裝置“能夠

9、把信件、物品和乘客經(jīng)由空中從一地送到另一地。” 1843年4月，“空中蒸汽車”專利獲得批準。這是歷史上第一個重于空氣飛行器的發(fā)明專利，在世界航空史上具有重要地位。后人對這項設(shè)計也給予了很高的評價，有人稱之為世界上第一種真正的飛機。 47漢森的飛機取名為“空中蒸汽車”。飛機呈單翼結(jié)構(gòu)，機翼翼展45.72米、寬9.14米、翼面積418.1平方米，水平尾翼面積為139.4平方米。飛機長約為25.83米，總重約1360千克。漢森計劃采用的動力裝置是一臺1822.4千瓦的蒸汽機，驅(qū)動兩個六葉螺旋槳。 48一位名叫弗里德里克馬里奧特的銀行家和一名律師科倫比為了商業(yè)目的，成立了“空中運輸公司”，計劃制造“空

10、中蒸汽車”。漢森也表示同意，因為這或許是籌集資金的一個辦法?？苽惐群婉R里奧特是抱著金錢的利益創(chuàng)辦公司的，對飛機本身并不是真正感興趣。他們到處做廣告，四處張揚，畫了許多招貼畫?？鋸埵叫麄?，并沒有吸引到投資。相反，人們開始嘲笑空中蒸汽車和漢森了。 49斯特林費羅堅信重于空氣飛行器能夠研制成功。他建議先進行模型試驗。漢森也表示同意。1843年12月29日，他們兩人簽訂了一項合作協(xié)議書。18441847年間，漢森和斯特林費羅合作進行模型動力飛機的設(shè)計和研制。它的翼展6.1米，翼面積7.8平方米，尾翼面積1.1平方米。螺旋槳直徑1米。1845年6月17日，空中蒸汽車模型進行了首次地面試驗。1847年，這

11、架模型在查爾德城外的巴拉進行了飛行試驗。由于模型無法支持本身的重量，它在彈射后便慢慢在落回了地面，試飛失敗。 50漢森走后，斯特林費羅繼續(xù)進行模型試驗。他有意識地把模型設(shè)計的較小，總重僅4.5千克。除此之外，他還在許多方面進行了改進：它的機翼前緣部分具有撓性，這有利于增加自動穩(wěn)定性；機翼形狀由矩形改為弧形；翼型也作了更改。斯特林費羅為這架新模型設(shè)計了微型蒸汽發(fā)動機。 511848年進行的第一次試驗，由于斜面放置的太高，致使模型以很高的速度下滑并觸及地面而損壞。第二次試驗把起飛裝置角度調(diào)低，據(jù)說飛行距離約20米。有人認為這是“第一臺能夠利用動力升空的機器?！?521867年英國航空學會秘書來查爾

12、德拜訪斯特林費羅，請他為航空學會將要舉行的展覽會提供展品。斯特林費羅答應(yīng)為此設(shè)計一架模型。1868年6月，世界首次航空展覽會在倫敦的水晶宮舉行。斯特林費羅為展覽會送交了三件展品：一個功率為0.38千瓦的蒸汽發(fā)動機，重量只有8千克；一個0.746千瓦的蒸汽發(fā)生器和一架蒸汽動力飛機模型。這個飛機模型呈三翼結(jié)構(gòu)。在展覽會上，他的發(fā)動機獲得了最小重量功率比獎。 535455565758596061626364英國航空學會成立18661866年，世界上第一個航空研究團體大不列顛航空學會宣布成立，這是世界航空史的重大事件，也是重于空氣飛行器發(fā)展進入一個新時代的標志。1870年英國航空學會成立了試驗委員會。

13、試驗委員會在進行試驗過程中，獲得了一些重要結(jié)果，其中包括空氣升力的關(guān)系式。 65格萊舍發(fā)現(xiàn)了邊界層現(xiàn)象。他指出：“與平板接觸的流體粒子會改變它的運動路線，它將沿表面滑行。這種效應(yīng)只適用于平板鄰近的一層。而對于這種現(xiàn)象，理論上是無法預(yù)言的?！边@是空氣動力學的一大發(fā)現(xiàn)，也是首次闡述邊界層的概念。 66兩位杰出的航空學家：維納姆(F.H.Wenham，18241908)菲利普斯(H.F.Phillips，18451912)他們的工作代表了英國航空學會19世紀航空研究的最高水平。 67維納姆已經(jīng)進行過幾年航空研究，內(nèi)容包括觀察鳥的飛行、開展旋臂機試驗、螺旋槳試驗和全尺寸滑翔機試驗等，這些工作已經(jīng)為他的

14、著名論文論空中交通作了大量前期準備。1866年，維納姆在英國航空學會上發(fā)表了一篇題為論空中交通和關(guān)于重于空氣飛行器的支持原理的演講。明確闡述升力主要集中于前緣的思想。他的最初試驗通過旋臂機進行。 681871年，維納姆設(shè)計并建造了世界上第一座風洞。它是個四周封閉的矩形框，一端有一架鼓風機，提供試驗用的氣流。中間的一個支桿上安裝試驗件，用彈簧秤測量氣動升力。 691880年前后，菲利普斯決定自己設(shè)計和改進風洞，并開展試驗研究。1884年，他改進設(shè)計的風洞制造成功。風洞長為2米，截面寬度43厘米。它的最大特點是試驗氣流由直射式改為引射式，并且加了過濾網(wǎng)，從而大大改善了試驗氣流的均勻性和平衡性。他獲

15、得了幾項專利。 70菲利普斯研究了各種不同的翼型。他試驗過的翼型多達上百種，有單彎度、各種雙彎度，甚至還有菱形的。通過這些試驗他發(fā)現(xiàn)，雙彎度翼型即使沒有迎角也能產(chǎn)生升力。這也是一個重大發(fā)現(xiàn)。菲利普斯于1893年設(shè)計了一架樣子奇特的飛機。它上下排列著50個翼面，左右對稱各25個。每個彎曲機翼長6.1米，寬只有4厘米，展弦比竟高達153。 7172菲利普斯翼型專利731907年多翼機741904年飛機75動力飛機探索法國船長讓瑪麗布里斯(J.M.Bris)是早期對滑翔飛行做出了重大貢獻的航空先驅(qū)者。1857年，布里斯設(shè)計了一架大型滑翔機。其翼面同信天翁的翅膀非常相似。它的翼展長達15.3米。在第一

16、次試驗試飛時，他成功地飄飛了一段距離。他在第二次飛行時，由于遇到了下降氣流，滑翔機落地摔壞。他本人也折斷了大腿。1867年，布里斯又制造了第二架滑翔機。1868年，布里斯再度開始滑翔機試驗。用重物代替人。試驗又遭失敗，滑翔機翻倒，摔在地面。 7677法國海軍軍官費里克斯杜坦卜爾(F.D.Temple，18231890)。他在40年代初進行過模型飛機的試驗。這架模型類似于一只小鳥，最初用鐘表發(fā)條驅(qū)動螺旋槳，后改用熱空氣發(fā)動機。這個飛機模型按當時的標準，是相當成功的。它在試飛時能依靠自己的動力，持續(xù)飛行短暫時間，并且能夠安全著陸。在航空史上，它可能是第一架靠自身動力起飛并能持續(xù)飛行一段時間的人造飛

17、行器。 78坦卜爾于1857年設(shè)計了全尺寸動力飛機。一個直徑達4米的14葉螺旋槳。坦卜爾的這架全尺寸飛機雖然不太科學，但它在設(shè)計制造上卻有不少新奇之處：機翼和機身骨架用鋁合金制造；第二，三輪式起落架，帶有橡膠減震器并且是可以收放的；第三，通過方向盤、方向舵和軟索實現(xiàn)復(fù)合操縱。這些特點在后來的飛機設(shè)計中得到了應(yīng)用。 798081大約在1874年，坦卜爾的全尺寸飛機進行了一次試驗，未取得很大成功。不過，他的全尺寸飛機設(shè)計于1857年獲得了專利。 821860年法國工程師勒努瓦(J.J.E.Lenoir，18221900)發(fā)明了汽油機。后經(jīng)德國工程師奧托(N.A.Otto，18321891)和戴姆勒

18、(G.W.Daimler，18341900)的改進和完善，汽油機以新的面貌出現(xiàn)在動力機械和運輸機械的舞臺。 內(nèi)燃機是飛機誕生的動力保證。83阿方索佩諾(Alphonse Penaud，18501880)是一位有重要歷史地位的偉大人物。他的偉大之處在于他的航空探索方法和提出的重要概念：首先進行理論研究；然后進行模型試驗；最后過渡到全尺寸飛機的研制。航空史學家們對佩諾的贊譽頗高，有人甚至認為佩諾是從凱利到萊特兄弟之間最偉大的天才、最富有創(chuàng)造精神的航空先驅(qū)者。 84佩諾主要研究飛機的穩(wěn)定性問題，并且頗有心得。1870年，佩諾發(fā)表了一篇論文穩(wěn)定性理論。這篇文章闡述了保持飛機模型自動平衡和穩(wěn)定的重要性，

19、以及實現(xiàn)穩(wěn)定的方法。 851871年，佩諾制作了幾架模型直升機，它們都采用橡筋動力。試驗飛行時，獲得了很大成功，飛行距離超過30米，具有很好的穩(wěn)定性，證實了上反角機翼具有固有穩(wěn)定性的原理。 86從1873年起，佩諾致力于全尺寸飛機的設(shè)計。按照他的設(shè)想，這架飛機重量達到1200千克，裝一臺15.222.4千瓦的發(fā)動機。它的翼面呈近橢圓形，尾部有一對水平尾翼。特點：上反角機翼；固定的垂直尾翼；可轉(zhuǎn)動的方向舵；具有水平升降舵；單桿操縱手柄；玻璃座艙罩；可收放起落架和壓縮氣體減震器；可以在水面上著陸等等。性能：載1到2名乘客，巡航速度為96.6千米/時。這個全尺寸飛機于1876年獲得了專利。1880年

20、10月，佩諾在不到30歲時便自殺了。 87888990919218769394187195法國電氣工程師阿代爾(C.Ader,1841-1926)1889年前后，阿代爾在法國官方資助下，設(shè)計并制造了一架蝙蝠式飛機，取名“風神”。它的外型極像蝙蝠?！帮L神”機翼翼展長14米，翼面積28平方米，機長6.5米，裝一臺15.2千瓦的蒸汽機，帶動一副4葉螺旋槳?！帮L神”的總重量約為296千克。1890年10月9日在靠近格雷茨湖的阿美因小山村進行了一次秘密試飛。 96阿代爾于1892年又開始制造第二架飛機，但工作尚未完成就放棄了。繼而他又制造第三架飛機。他給這架飛機起了個后來被廣泛采用的名稱：飛機(Avio

21、n)，并按順序?qū)⑵涿麨轱w機3號。飛機3號與風神的外型非常相似，只是尺寸有些增加：翼展長達到16米，總重400千克，發(fā)動機仍采用15.2千瓦的蒸汽機。另一項改進是由一副螺旋槳改為兩副。 971897年10月12日和14日，飛機3號進行了兩次秘密試飛，結(jié)果如何當時也不為人所知。阿代爾在給朋友的信中含含糊糊地說：“在經(jīng)過大量的工作，花費了大量金錢后，我解決了這個問題。只是由于試驗場太小，才沒有飛行更遠的距離?！?981906年8月和9月桑托斯杜蒙完成了歐洲首次持續(xù)動力飛行之后，阿代爾宣稱：他的蝙蝠式飛行器風神于1890年10月9日成功地“飛行了大約50米”；他的雙螺旋槳飛機3號于1897年10月1

22、4日“不間斷地飛行了約300米”。 99后來的考證表明，由于升力不夠，動力不足以及穩(wěn)定性較差，阿代爾的幾次試驗都沒有取得很大成功。一般認為，他是首次利用飛行器自身的動力，實現(xiàn)短暫躍飛的人。 100威爾伯萊特于1911年考察過阿代爾飛機3號。他指出，阿代爾的飛機除機翼可前后擺動外，其飛行是不可操縱的而且機翼沒有足夠的剛性能保持一定的形狀并支持飛機的重量。飛機缺少必要的升降舵控制裝置，方向舵的操縱亦不完善，無法實現(xiàn)持續(xù)的飛行。后來人們從阿代爾的筆記里發(fā)現(xiàn)了新的證據(jù)，證實了他設(shè)計的飛機根本不可能具有飛行的能力：原來從他的筆記和設(shè)計說明中可以明顯看出，他本人完全不懂空氣動力學和飛行控制。 101102

23、1031041051061071081890109飛機3號110111112113飛機3號114115116117118119風神120121122風神專利圖12312412512619世紀后期，俄國、英國、美國等都有一些動力飛機的探索者。美國除蘭利和萊特兄弟之外，仍有人偏重撲翼飛行器。1869年到1887年間，有不少人申請并獲得了撲翼機專利：奎姆比(W.F.Quimby)(1869年)、凱斯(Keith)(1870年)、惠勒(I.M.Wheeler)(1887年)還有一些人致力于直升機的探索設(shè)計工作：克羅威爾(L.C.Crowell)(1862年)、沃頓(J.Wooton)(1866年)、沃

24、德(J.B.Ward)(1876年) 127128129130據(jù)蘇聯(lián)1948年6月10日的蘇聯(lián)新聞和1954年出版的大眾百科全書公布，俄羅斯海軍軍官莫扎伊斯基在1882年進行過動力飛機飛行試驗，并取得了成功。 131莫扎伊斯基(N.Mozhaisky，18251890)是俄國海軍軍官，后來晉升為少將。他于1856年開始研究重于空氣飛行器。開始階段，他全面研究了鳥的結(jié)構(gòu)及其飛翔能力，螺旋槳的性能與飛行動力學等。爾后，開始制造模型飛機。1876年曾公開進行模型飛機飛行表演。他還制造過大型風箏，并用三匹馬拉風箏進行載人飛行試驗。據(jù)稱這些試驗都獲得了一定成功。受這些試驗工作的激勵，莫扎伊斯基開始設(shè)計全

25、尺寸動力飛機。 1321880年6月4日，他以“空中飛行器”的設(shè)計申請專利并于1881年11月3日獲得了發(fā)明專利?！翱罩酗w行器”的矩形機翼翼展長22.8米，翼弦寬14.2米，翼面積為324平方米，總重量934千克。它裝有兩臺蒸氣機，分別是7.46千瓦和15千瓦；7.46千瓦發(fā)動機驅(qū)動頭部安裝的拉進式螺旋槳，15千瓦發(fā)動機驅(qū)動機翼后面安裝的兩個推進式螺旋槳。它的尾翼組件包括水平安定面和垂直安定面，但似乎沒有可動部件。 133蘇聯(lián)的普通百科全書(1954年出版)這樣描述說：“全尺寸飛機完成于1882年夏，但已發(fā)現(xiàn)的文獻沒有給出飛行的日期文獻表明，它在一次試飛過程中離開了地面并完成了一小段飛行，這在

26、重于空氣飛行器史上是第一次。”該書又說：“目擊者對這次飛行的描述完全一致：飛機在工程師的操縱下起飛，劃了一個斜線后落地?！边€有較早的蘇聯(lián)文獻說：1882年7月，莫扎伊斯基的“空中飛行器”在圣彼得堡附近的紅村，由其助手格魯耶夫駕駛從小山坡上下滑，躍飛了約2030米。 134莫扎伊斯基的飛機存在很多問題。盡管它的翼面積很大，但翼弦比卻很小，對于產(chǎn)生升力非常不利。從蘇聯(lián)給出的飛機三面圖來看，機翼沒有上反角，而且?guī)缀鯖]有安裝角，這對于產(chǎn)生足夠的升力和穩(wěn)定性都不利。另外，尾翼相比之下顯得太小。這樣的飛機不大可能進行持續(xù)的穩(wěn)定飛行。 135136馬克辛(H.S.Maxim，18401918)于 1889年

27、，馬克辛開始用旋臂機進行機翼和螺旋槳試驗。后來又決定制造一架飛機，并自制的一臺功率達134千瓦的蒸汽機。1891年，馬克辛租下了肯特市的鮑德溫公園，開始建造他的飛機。1894年，飛機制造完畢。由于它的個頭很大，人們都稱之為馬克辛巨型飛機。 137飛機呈雙翼結(jié)構(gòu)，機長28.96米，翼展31.7米，翼面積371.6平方米，總重量達3629千克。飛機上安裝了兩臺蒸汽機，帶動兩副直徑5.44米的螺旋槳。飛機利用導(dǎo)軌滑行起飛。馬克辛對螺旋槳和翼型了解較多，但對結(jié)構(gòu)、強度和穩(wěn)定性則認識不足。他的巨型飛機正是存在這方面致命缺點。 1381894年7月31日，馬克辛的巨型飛機進行了首次試驗，飛機由于受到保護桿

28、的限制，它在軌道上跳躍了幾次。后面的幾次結(jié)果類似：飛機明顯地離開了導(dǎo)軌。馬克辛對這樣的試驗結(jié)果感到滿意，因為已經(jīng)達到了“利用自身的動力離開地面的目標?！币虼耍R克辛放棄了飛機的進一步研究。 139140141142滑翔飛行進入高潮1853年1854年間，法國人弗朗索瓦勒圖爾(L.C.Letur)制造了一個降落傘與滑翔機復(fù)合體，從氣球上跳下，并且用兩只手臂扇動撲翼。據(jù)稱他曾有過成功而安全的滑翔。1854年試飛時，由于降落傘的故障，勒圖爾獻出了自己的生命。1873年，法國教授埃蒂納莫雷(E.J.Marey，18301904)出版動物機械，描述了大量關(guān)于鳥的飛行的試驗和測量數(shù)據(jù)。 1431881年，

29、法國人穆亞爾(L.P.Mouillard)出版了一本有名的著作空中王國。這部書以全新的姿態(tài)考察鳥的飛行。他根據(jù)鳥的飛行機理，提出了定翼滑翔機的思想。穆亞爾從1856年開始設(shè)計制造滑翔機，進行滑翔試驗，前后共造了6架滑翔機，時間跨越1856年到1896年整整40年。雖然他的滑翔機性能不佳，但他堅信滑翔機的研究和試驗對航空的未來是至關(guān)重要的。他曾說過，人可以超越同飛鳥相比的笨重體形限制，“無須扇動翅膀而進行長時間的翱翔?！?144滑翔飛行大家：李林塔爾(Otto Lilienthal，18481896)奧托李林塔爾是一位德國工程師，向往飛行由來已久。他進入航空研究領(lǐng)域的第一步是觀察研究鳥的飛行，積

30、累了大量關(guān)于鳥的翅膀形狀、面積和升力大小的數(shù)據(jù)。 1861年1873年間，李林塔爾和弟弟古斯塔夫(G.Lilienthal，18491933)制造了多架動力飛機模型，所依據(jù)的是前人留下來的關(guān)于平板空氣阻力和升力的數(shù)據(jù)。但這些模型都飛不起來。因此他們決定自己試驗，取得氣動力方面的第一手數(shù)據(jù)。145李林塔爾采用旋臂機，1866年開始試驗。他們在試驗過程中，試驗參數(shù)反復(fù)調(diào)整：臂長從2.2米到7.8米；試驗平板由0.1平方米到0.6平方米；試驗速度由0.3米/秒到40.13米/秒；試驗件迎角分別在3、6、9、15、60、70、80、90之間轉(zhuǎn)換。他們在定量試驗基礎(chǔ)上，獲得了以下結(jié)論：升力與速度的平方成

31、正比；利用平板機翼進行飛行是不可能的；彎曲翼面的升力特性比平板好得多。 1461889年，李林塔爾出版作為航空基礎(chǔ)的鳥類飛行。這部著作集中討論了鳥翼的結(jié)構(gòu)、鳥的飛行方式和體現(xiàn)的空氣動力學原理，并且論述了人類飛行的種種問題，他特別討論了人造飛行機器翼面形狀、面積大小和升力的關(guān)系。這部書幾乎成了他同時代或比他稍晚的航空先驅(qū)者的必讀書，為航空發(fā)展做出了相當大的貢獻。 147威爾伯萊特在1901年11月2日寫給查紐特的信中說：“我閱讀研究李林塔爾的著作和所附的構(gòu)圖照片許多遍。這是一部相當出色的著作。盡管在我看來，里面仍有一些錯誤。然而當考慮到它是一部先驅(qū)性著作，發(fā)展于一個全新的領(lǐng)域，其內(nèi)容還是相當牢固

32、和精確的。”威爾伯萊特也指出書中存在一個根本性問題：他過低地估計了升力，又過高地估計了阻力。 148從1891年到1896年，他先后制造了18種不同型式的滑翔機，其中有12種是單翼機，6種是雙翼或多翼機。他的滑翔機除了翼面積的大小和布局不同外，機翼形狀幾乎是一樣的，即用肋條制成彎曲的輻射狀骨架，然后再蒙上蒙皮，很像天空中飄忽飛行的大鳥的翅膀?；铏C典型數(shù)據(jù)是：翼展7米，翼面積約14平方米，弦長2.5米，機長2米，空重約20千克。 149李林塔爾從事滑翔飛行的主要目的是積累飛行經(jīng)驗并且尋找在空中保持穩(wěn)定和可靠的操縱方法。在進行了兩年的滑翔試驗后，他從1893年開始在懸掛滑翔機上加裝水平和垂直安定

33、面。前者用于保持縱向穩(wěn)定，后者用于保持橫向穩(wěn)定。在飛機操縱方面，李林塔爾主要運用身體擺動方式，即當兩只手臂支承在滑翔機上時，身體下部和腿可以前后、左右擺動，依靠重心移動達到操縱目的。后來，他又在滑翔機上加裝了升降舵，提高了操縱性能。 150李林塔爾利用這些滑翔機進行了大量飛行試驗。他的滑翔距離一般都在100250米左右。1895年，李林塔爾試驗了機翼前緣襟翼裝置，以改善滑翔機的抗風性能，同時也試驗了空氣制動裝置。他的滑翔機的飛行過程中主要依靠身體擺動進行操縱。 151從1891年到1896年，他進行了2500多次滑翔飛行，其中最遠的可達300米。為了對滑翔機進行研究和改進，他同古斯塔夫合作，將

34、許多滑翔飛行的情況拍成照片，然后加以分析和研究。這樣，李林塔爾留下了大量極其珍貴的飛行歷史照片，不僅為同時代提供了極其有益的借鑒，而且也為航空史研究留下了寶貴的第一手資料。李林塔爾的滑翔飛行在當時就產(chǎn)生了廣泛而積極的影響。李林塔爾成了19世紀最后10年名符其實的“空中飛人”。 152李林塔爾以其廣泛的研究、試驗以及行動對早期航空史產(chǎn)生了極大的影響。然而，對待航空發(fā)展的正確途徑，李林塔爾的認識并不清楚。他重視試驗完全是正確的，但不能因此而忽視理論。他曾說過：“只有實際實驗才能解決這個問題，我們必須讓空氣和風發(fā)表它們自己的意見?！彼踔吝€說：“設(shè)計一架飛行器沒有什么，制造出來也不算了不起，試驗它才

35、是最重要的。” 1531896年8月9日，李林塔爾在試飛他的11號滑翔機時，開始階段似乎一切正常，但幾分鐘后，一陣大風突然刮來，將滑翔機吹得失去了操縱，李林塔爾沉重地摔在了地上。第二天，在醫(yī)院中死去。據(jù)說，他死前說的最后一句話是：“必須做出犧牲?！?154155156157158159160161162163164165佩爾策(P.Pilcher，18661899)是愛爾蘭人。他從1895年開始從事航空研究。在讀到李林塔爾的飛行事跡和照片后，開始設(shè)計滑翔機。佩爾策認為：“用滑翔機進行試驗的目的是，使人們開始得到空中飛行的實踐，以便在空中操縱一架飛行機器?！彼€指出：“滑翔機是一種非常好的學習工

36、具，它的主要作用就在于此。等到動力以發(fā)動機和螺旋槳形式裝到一架滑翔機上，或一臺發(fā)動機和一個翼面一道起作用，推動一架機器前進，那么，一個習慣于用一架簡單的滑翔機從一個小山上作滑翔的人，就能相當安全地飛行了?！?1661895年初，佩爾策制造了第一架滑翔機。它有一副類似鳥翅膀的機翼，尾部只有垂直翼面。在多次試驗時，這架滑翔機總是飛不起來。當年月到柏林請教李林塔爾。李林塔爾說，水平尾翼是絕對必要的。后來，佩爾策設(shè)計出了“蝙蝠”式滑翔機。這架飛機在飛行過程中，已能達到100米左右的滑翔距離。 1671896年，佩爾策又設(shè)計了一架“鷹”式滑翔機。它帶有輪式起落架、水平和垂直安定面，機翼和機身采用張線支柱

37、結(jié)構(gòu)，在某種程度上比李林塔爾的滑翔機更為合理。佩爾策駕駛它進行了多次成功的飛行，最遠的曾飛行到300米遠 。1681897年夏，佩爾策又進行過多次滑翔飛行，最遠距離大約為150米。1898年春的試驗，滑翔距離已達到300米。除繼續(xù)進行滑翔試驗外，動力飛機的準備工作亦在進行，汽油機在1898年夏已制造完畢，其功率為3千瓦，重量僅為20千克。 1691899年9月30日，佩爾策又進行了滑翔飛行，在場的有他的姐姐和英國航空學會的幾位同事。第一次飛行比較順利。第二次雖然遭了雨水使滑翔機變重，但還是飛了起來，然而操縱卻變得非常困難。突然，滑翔機因尾翼面破裂立即失穩(wěn)，頭部朝下撞回地面。佩爾策身受重傷，于1

38、0月2日離開了人世，年僅33歲。 170171172在萊特兄弟之前，最后一位卓有成就的滑翔機名家是查紐特(O.Chanute，18321910)。他是美國土木工程師，1878年在訪問英國時，因受維納姆的影響和鼓勵而走上航空發(fā)展之路。他廣泛收集有關(guān)航空的各種著述和文獻，并認真加以研究，進而對前人的成就和經(jīng)驗教訓(xùn)進行了獨到的評述。1894年，出版飛行機器的發(fā)展，對航空先驅(qū)者有很大指導(dǎo)意義。 173在李林塔爾的指導(dǎo)下，查紐特于1896年1897年設(shè)計和試驗了全尺寸滑翔機，由助手試飛。他十分強調(diào)操縱性能，設(shè)計的滑翔機的尾翼組件是柔性的，可進行上下柔性操縱。這比李林塔爾的進了一大步。滑翔機由懸掛式改為坐

39、式，大大減輕了駕駛員的負擔?？梢哉f，查紐特的雙翼機是萊特兄弟之前最優(yōu)秀的滑翔機。查紐特的助手曾駕駛它進行了700次安全的滑翔飛行，最遠距離為120米。 174175176177178179180181182183184185186蘭利的成就蘭利(S.P. Langley，18341906)他是一位無論在喚起人們對航空的興趣，還是在航空基本理論研究以及設(shè)計實踐上都做出重要貢獻的偉大先驅(qū)者。他是為數(shù)不多的研究航空問題的職業(yè)科學家之一；他是少數(shù)在理論和實踐結(jié)合的基礎(chǔ)上研制飛行器的人之一；他是在萊特兄弟之前最接近發(fā)明成功動力飛機的人。 187塞謬爾蘭利年輕時是一位鐵路勘測和土木工程師。后來靠頑強自學，

40、成為一個在數(shù)學、天文學、物理學領(lǐng)域具有良好造詣的人。 1887年蘭利任職于美國著名的史密森研究院，年底晉升為主席。蘭利很小就對鳥的飛行產(chǎn)生了極大的興趣，帶著奇異的思緒觀看鷹的美妙飛行。他說：“很長時間鳥的飛行始終引起我遐想。我很少有看到鳥而不聯(lián)想的時候。即使后來我也常常幾小時觀看鳥的自由翱翔，試圖弄懂為什么鳥的翅膀即使不動，也能在空中上升、下降、翻騰。我想在空氣中一定有什么秘密未被發(fā)現(xiàn)，它具有支配鳥的能力?！?881886年，他開始認真研究飛行問題。為此，他設(shè)計了旋臂塔并進行了大量的空氣動力學實驗，研究平板和鳥翼在空氣中運動產(chǎn)生升力和空氣阻力的規(guī)律。由此他得出了許多定量的結(jié)果，也指出了前人包括

41、牛頓在研究中得出的錯誤結(jié)論。他得出了傾斜平板的升力規(guī)律是：升力與平板面積成正比，與速度平方成正比，與迎角的正弦成正比。這個公式在今天仍然是正確的。 1891891年，他把這些研究結(jié)果總結(jié)寫成空氣動力學試驗一書，在華盛頓史密森研究院出版。這部著作是較早的航空基礎(chǔ)理論著作之一，受到查紐特和蘭徹斯特等人的高度評價。蘭利在書中明確地說：“通過過去幾年的研究結(jié)果，我認為，可以制造出一種機器，當它的傾斜平面以一定的速度運動時，完全能夠在空氣中支持比空氣重得多的全部機器重量，并且能夠以極高的速度飛行”，而且“這種機器不僅在理論上是可能的，在工程上也是可以實現(xiàn)的”。 190蘭利在理論研究的同時，開始進行實際的

42、設(shè)計工作。他首先著重解決的幾個問題，一是動力問題；另一個是機翼(升力面)問題。他認為，理論研究結(jié)果并不能完全直接用于實際設(shè)計，他說：“對于一些重要問題的解決，我并不是靠具有解決這些問題的特殊知識，而是反復(fù)運用試錯法?！?191他首先進行了橡筋動力模型試驗，一方面用于考察飛行器所需的動力大小，另一方面研究升力面的形狀和面積，同時還可以研究它在飛行中的穩(wěn)定性。到1901年前，他先后制造了大約40架模型，有單翼、雙翼、平面翼、彎曲翼等各種機翼布局。 1891年3月28日，他的一架橡筋動力模型進行了成功的飛行。爾后，他又進行了大量試飛試驗，其中比較好的結(jié)果是留空時間為8秒，飛行距離30多米。192為了

43、制造大型模型，必須具有更好的動力裝置。他研究了各種動力裝置，測量了各種燃料所含的能量，包括酒精，汽油，火藥等。動力裝置包括壓縮空氣式，碳酸氣式，電池，蒸汽機和汽油機等。最后，他把精力集中在蒸汽機上面。他設(shè)計的蒸汽機原理很簡單，用汽油或酒精加熱螺旋管后(蒸汽發(fā)生器)，從一端輸入水，另一端便產(chǎn)生高壓蒸汽，靠這種蒸汽驅(qū)動小活塞以驅(qū)動螺旋槳產(chǎn)生拉力或推力。 193他設(shè)計的第一架“空中旅行者”模型編號為第0號，總重量約22千克。發(fā)動機的設(shè)計功率為0.746千瓦。爾后他又設(shè)計了第1、2、3號“空中旅行者”，但都因發(fā)動機功率不足而放棄了。后來設(shè)計的第4號模型也未取得成功，也是因為發(fā)動機功率不足。 19418

44、94年蘭利設(shè)計了第5號飛機模型，其發(fā)動機可產(chǎn)生0.746千瓦的功率，模型的結(jié)構(gòu)同前面的相比最顯著的變化是安裝了縱向串聯(lián)機翼。它的翼面積為2.62平方米，具有曲線彎度，彎度比為1/5。蘭利通過研究表明，這種設(shè)計能實現(xiàn)最佳縱向穩(wěn)定性。他指出，縱向穩(wěn)定要使飛機重心、升力中心和發(fā)動機推力線達到平衡，而橫向穩(wěn)定性問題只要保證模型對稱，并使機翼具有上反角即可容易達到。 1951894年5月8日和6月7日號，第5號模型進行了飛行試驗，但未獲成功。10月25日和11月21日，它在試驗中大約飛行了57秒。其后他又對發(fā)動機和結(jié)構(gòu)進行了改進，模型重量達到11.2千克，推力也增加到59牛頓。1895年5月9日，第5號

45、“空中旅行者”模型在試驗時，飛行了近40米遠，留空時間7.2秒。 196第4號進行了重新設(shè)計和制造，改進包括重心調(diào)整，結(jié)構(gòu)加強，但總重量卻降低了，這架模型稱為“新4號”，但它數(shù)次試飛都沒有成功。后來了也采用了前后串聯(lián)機翼，并安裝了兩個發(fā)動機，從而使新4號變成第6號“空中旅行者”。它的翼面積為5平方米，總重量12.12千克。第5號，第6號都有尾翼組件，起穩(wěn)定和控制作用。 1971896月5月6日的下午，第5號模型飛機進行了一次非常成功的飛行。它上升到約20米的高度，飛行距離達760米，飛行軌跡是螺旋狀，一共有3圈 。那天在場觀看飛行的還有美國著名發(fā)明家亞里山大貝爾(A.G.Bell，184719

46、22)。 11月28日，第6號模型飛機進行了高度成功的飛行。由于有兩臺發(fā)動機，它的留空時間長達2分45秒，飛行達到1500米。它經(jīng)歷了數(shù)次下滑和上升以及轉(zhuǎn)彎飛行，直線飛行距離超過520米。198蘭利在1896年中取得的極大成功，是歷史上第一架重于空氣飛機成功地實現(xiàn)穩(wěn)定持續(xù)飛行的事例，證明重于空氣飛行器的可能性和現(xiàn)實性，在航空史上無疑應(yīng)該重重地寫上一筆。1897年，蘭利在給史密森研究院的年度報告中指出，“我利用自己的試驗取得的某種成功證明了重于空氣飛行機器的可能性機械飛行現(xiàn)在已經(jīng)實現(xiàn)?！?199蘭利完成了動力模型飛行試驗，準備放棄進一步發(fā)展載人動力飛機的工作，留待后人進一步研究。他做出這個決定主要基于以下考慮，第一，他的目的只是想指出重于空氣飛行器的可能性，并通過實際的動力模型加以證明；第二，載人飛行器的研究還需要解決許多已知和未知的問題；第三，他本人年事已高(當年62歲)，加之作為史密森研究院主席日常工作非常繁忙，難以再做更多的工作。 200美國總統(tǒng)麥金利(W.McKinley，18431901)對蘭利的試驗很重視。1891