书城童书科学发明与创造
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第10章 国防军事中的发明与创造(2)

在一艘巡洋舰的后主甲板上,铺设了一条长36米的木制跑道。在跑道上,每隔1米,横方向装一根绳索,绳的两端拴着沙袋。还是那个进行起飞试验的驾驶员,从附近的机场驾驶着飞机起飞,朝巡洋舰飞来。当飞机接近军舰时,朝跑道俯冲下来。飞机降在舰上时,机身下面的一个钩子,钩住了一道道绳索,拖着沙袋向前滑跑。因飞机被绳索和沙袋拖住,阻力很大,滑不多远,很快就停下来了。

试验证明,飞机能在军舰上起落,因而能在海上作战。这就使各国对建造可供飞机起落的舰船,产生了更大的兴趣。

1918年,英国海军对一艘巡洋舰进行改制,使之可供飞机在舰上同时起飞和降落。这艘巡洋舰叫“飞机搭载舰”,是最早出现的用旧军舰改装成的航空母舰,它能装载20架飞机。同年7月,从这艘舰上起飞的飞机,轰炸了德国的一个空军基地。

不久,英国又把一艘正在建造的客轮“卡吉士”号,改装成航空母舰“百眼巨人”号。它具有全通式飞行甲板,即起飞和降落是连在一起的,飞行跑道更长了,飞机的起飞和降落方便多了。

美国也在1922年将一艘运煤船改装成全通式飞行甲板的航空母舰“兰格利”号。日本在1922年底,新造了一艘“凤翔”号航空母舰,这是世界上第一艘不是用旧船改装,而是专门设计和建造的航空母舰。这艘航空母舰已初步具有现代航空母舰的样子。例如它具有全通式的飞行甲板,上层建筑很小,且位于右舷。该舰排水量只有7000多吨,长160多米,能携带21架飞机。

1921-1922年,美、英、日、德、意等国在华盛顿共同制定了一个关于限制战列舰总吨位的协定,这一协定促进了航空母舰的发展。

到1930年前后,美、英、日、法等国先后改装成一批航空母舰。这批航空母舰与最先制造的“凤翔”号相比,吨位和装载飞机量都增加了好几倍,航速也增加了很多。一般排水量为10000~40000吨,续航力为3000~12000千米,飞行甲板长为130~270米,舰宽为21~35米,一般能载20~29架飞机。

第二次世界大战中,航空母舰的作用受到各国的高度重视,掀起了设计、建造新型航空母舰的热潮,使航空母舰的数量急剧增加。到第二次世界大战结束时,各国已建或正在建造的航空母舰有200艘左右。

在第二次世界大战后,新建或改装的航空母舰采用了很多新技术、新装备,战斗力有了很大的提高。

首先在航空母舰上,装载了喷气式作战飞机。美国在1952年开始建造的“福莱斯特”级航空母舰,装备了喷气式作战飞机。以后美国新造和改装的攻击型航空母舰“小鹰”级、“企业”号等都是装备喷气式飞机的。英国的“皇家方舟”号、法国的“克里蒙梭”号等航空母舰也相继装备了喷气式飞机。因为喷气式飞机具有速度快、升限高、机动性好、载弹多等优点,使航空母舰的空中攻击能力大大增强。

其次是航空母舰还装上核武器,具有核打击能力,攻击威力有了很大提高。

虽然一枚核弹有几吨重,只比普通重型炸弹重几倍,但它的爆炸威力,要比普通炸弹或炮弹大几百倍、几万倍甚至几千万倍。1949年美国最先在航空母舰装上核武器,从此以后,新造和改装的攻击型航空母舰,也都具有核攻击能力。

第三是航空母舰普遍提高了反潜能力。航空母舰的体积大,是潜艇从水下攻击的重要目标。为防止潜艇攻击,一般的航空母舰上都装备有反潜飞机,还有一些航空母舰是专为反潜而制造的,或以反潜为主,兼顾其他。

第四是航空母舰的航海性能也得到提高,更能适应远洋作战的需要。新型航空母舰普遍增加了燃油储量,使续航能力增加到15000~22000千米。美国于1961年建成了世界上第一艘核动力航空母舰“企业”号,它加一次核燃料可以用13年,能连续航行74万千米,相当于绕地球18圈。

第五是航空母舰上电子设备增多,自动化程度有很大提高。卫星通讯和卫星导航系统,全天候电子助降装置,各种大功率、高精度的雷达、声呐及电子对抗装置,各种自动化设备等,都陆续装上航空母舰。

可以说,航空母舰是海军舰艇中电子设备种类最齐全、数量最多、性能最好的军舰。

飞艇的发明与发展

在1783年发明了气球之后,人们马上就想方设法推进和驾驶气球。

1784年,法国罗伯特兄弟制造了一艘人力飞艇,长15.6米,最大直径9.6米,充氢气后可产生1000多千克的升力。罗伯特兄弟认为,飞艇在空中飞行和鱼在水中游动差不多,因此把它制成鱼形,艇上装上了桨,这桨是用绸子绷在直径2米的框子上制成的。

1784年7月6日开始进行试飞,当气囊充满氢气后,飞艇冉冉上升,随着高度的增加,大气压逐渐降低,囊内氢气膨胀,气囊越胀越大,眼看就要胀破,这可把罗伯特兄弟吓坏了,他们赶紧用小刀把气囊刺了一个小孔,才使飞艇安全地降到了地面。

这次试验启示人们,应当在气囊上留一个放气阀门。2个月后,兄弟俩又对飞艇进行了改装,做了第二次飞行。

这次飞行由7个人划桨作动力,飞行了7个小时,但只飞了几千米。虽然飞行速度很慢,但它毕竟是人类第一艘有动力的飞艇。

1872年,法国人特·罗姆制成了一艘用螺旋桨代替划桨的人力飞艇。飞艇长36米,最大直径15米。

加上吊舱,高达29米,可载8人。螺旋桨直径9米,几个人轮流转动螺旋桨,使其产生拉力,牵引飞艇前进,速度达每小时10千米,比划桨的飞艇好多了。

不久之后,另一个法国人卡奴·米亚从自行车受到启发,设计了一种脚踏式螺旋桨飞艇。这种单人飞艇在无风时可以短时间飞行,速度可达每小时16千米,比起手转螺旋桨飞艇又快了许多。

但这时飞艇飞行中有一个难题还没解决,就是飞艇一升高,就要通过阀门放气,以防止气囊膨胀爆裂。但气放掉之后,就再也无法升高了。

为解决这一问题,法国的查理教授和罗伯特兄弟于1874年制成了一种装有空气房的气球。它的形状像纺锤,与现代飞艇很相似。这种气球,外面是一个大的丝质胶囊,里面有一个小气囊,小气囊上面有一个气体阀门。

外囊充氢气,使气球产生浮力升到空中,内囊用来充空气。这个小气囊就叫“空气房”。

气球在升空之前,先将“空气房”充进空气。当气球升到一定高度后,就将“空气房”打开,放出一部分空气。这样,外囊膨胀后,“空气房”就因受挤压而缩小,使外囊膨胀的压力有所减小,以保证气囊不致胀破。

这一发明,解决了气球升空的一大难题,是飞艇发展史上的又一重大突破。

此后,“空气房”很快便在所有飞艇上使用了,并一直使用至今。

18世纪60年代,蒸汽机、内燃机、电动机相继发明,为飞艇动力的改进创造了条件。

1851年,一台重160千克,功率为2.2千瓦的蒸汽机制造成功,并很快被应用于飞艇上。

1852年,法国的齐菲尔德制造了一艘椭圆形的飞艇,长44米,最大直径13米,总升力2吨多。飞艇上安装了螺旋桨,并用这台蒸汽机作动力。

1852年9月24日,这艘以蒸汽机作动力的飞艇在巴黎郊区试飞。那天,天气晴朗,风和日丽。

飞艇升空后,蒸汽机以每分钟110转的速度,带动直径3米多的三叶螺旋桨旋转,前进速度达到每小时9.4千米。但由于没有考虑操纵问题。因而飞艇起飞后不能返回起飞地点着陆。

1884年,法国的军官路纳德和克里布又制造了一艘“法兰西”号飞艇,长51米,前部最大直径8.4米,用蓄电池供电的电动机作动力。

1984年8月9日凌晨4点,在法国科学院观察员的陪同下解缆试航。飞艇先向南飞行,然后向凡尔赛宫飞去,在离开出发点4千米处返航。

在高度300米处打开放气阀门排氢降落,在降落中多次前后转动,以对准着陆点。飞艇到达80米高度时,丢下缆绳由地面拉降固定。试飞历时25分钟,飞行速度最高达每小时24千米。这是人类第一艘能操纵的飞艇。

在飞艇发展史上,德国的退役将军菲迪南德·格拉夫·齐柏林是一个重要人物,他是硬式飞艇的发明者,被后人称为“飞艇之父”。

1900年,齐柏林制造了第一架硬式飞艇。它的最大特点是有一个硬的骨架,骨架是由一根腹部纵向大梁和24根长桁及16个框架构成,并使用了大纵向和横向拉线,以增强结构强度;艇体构架外面蒙上防水布制成的蒙皮,艇体内有17个气囊,总容积达到1.2万立方米,总浮力达13吨,比当时软式飞艇大5~6倍。

由于多气囊还能起到类似船上隔水舱的作用,所以大大提高了飞行的安全度。

1908年,齐柏林又用自己的全部财产设计制造了当时世界上最大的一艘飞艇——“Lz-4”号。齐柏林对这艘飞艇的性能非常满意,他曾亲自驾驶这艘飞艇作了一次远航试验。

飞艇从德国起飞,飞过阿尔卑斯山,到达瑞士后返航。这一成就引起了德国政府的重视,他们宣布,如果飞艇续航时间能超过24小时,政府就购买它,并愿意支付发展硬式飞艇所用的全部研制费用。1908年8月4日,是“Lz-4”

号飞艇正式接受检验的日子。

政府官员和许多观众都来到了现场。齐柏林亲自驾驶飞艇升空。开始一切都很顺利,可是几小时后,发动机就出了毛病,飞艇只好迫降地面,进行维修,准备再次升空。

谁知祸不单行,偏偏在这个时候又起了一阵狂风,将飞艇的锚绳吹断。飞艇朝一片树丛撞去,当场毁坏了。

正当齐柏林走投无路时,一位法兰克福时代报的记者富果·艾肯纳博士帮助了他。艾肯纳将飞艇的现场客观地作了报导,又把齐柏林为发展飞艇而奋斗的事迹作了一番宣扬。全德国的报纸都转载了艾肯纳的文章。齐柏林的事迹深深打动了人们的心,德国人民发动了一场捐款活动,在很短时间内就筹集了600万马克,足够齐柏林再造一艘新飞艇。齐柏林总结了过去失败的教训,重新设计制造了“Lz-5”号、“Lz-6”号飞艇,经过试飞都获得了成功,在空中停留的时间都超过了24小时。后来他又制造了三架飞艇,性能都不错,完全可以进行运输。

这样,齐柏林与艾肯纳决定成立航空公司,起名叫德拉格公司。这是世界上第一家航空公司。1910年6月22日,第一艘飞艇正式从德国法兰克福飞往杜赛尔,建立了第一条定期空中航线,担任首航运输任务的就是“Lz-7”号飞艇,它一次可载24名旅客,有12名乘务员,飞行速度为每小时69~77千米。

齐柏林逝世后,他的继承人艾肯纳博士提出了一个大胆的计划:建造一艘环球飞艇,开辟洲际长途客运。艾肯纳设计的环球飞艇确实很大,这艘飞艇长达237米,最大直径30.5米,可充10.47万立方米的氢气,本身重量为118吨,载重53吨,用5台柴油发动机作动力,最大速度每小时193千米,于1927年7月建成。为纪念齐柏林,特地将这艘飞艇命名为“格拉夫·齐柏林”号,由他的女儿主持了建成典礼。

1929年8月8日,“格拉夫·齐柏林”号飞艇开始了一次伟大的环球飞行,从美国的新泽西州出发,经过德国、前苏联、中国、日本,于8月26日回到洛杉矶市。整个航程历时21天7小时34分。

齐柏林号飞艇环球飞行的成功大大促进了飞艇的发展。据统计,在20世纪20~30年代,美国建造了86艘,英国建造了72艘,德国建造了188艘,法国建造了100艘,意大利建造了38艘,前苏联建造了24艘,日本也建造了12艘。这是飞艇的鼎盛时期,所以人们把这期间称作飞艇的“黄金时代”。

像鱼儿一样的潜艇

从很早的时候起,人们就向往着能像鱼儿一样在水中自由游泳。2000多年前,有个国王叫亚历山大,他想到水下去逍遥,就下令工匠们给他做了一个玻璃容器,他躺在这个容器里沉到海底,并在海底停留了一些时候,看到了水下奇异的水族生活。这可以看作早期人们对潜水装置的探索。

17世纪初,荷兰有个物理学家,名叫科尼利斯·德雷尔,为了使潜水船能在水中前进,他做了长时间的研究和试验。17世纪20年代,他用一条最大的潜水船,装载12名水手,用浆划船前进。这种潜水船是用木料制成的,在船体外面蒙上了一层涂油的牛皮,下潜深度为4~5米,船内装有羊皮囊作为水柜。

羊皮囊内灌进了水,船就下潜;把羊皮囊内的水挤压出去,船就上浮到水面。

这种潜水船要算是世界上最早的潜艇雏形了。

18世纪美国独立战争时,英国的战舰在美国的海面和港口横冲直撞,激起了美国人的义愤。有一个叫戴维特·布斯涅尔的美国人,很早就想造一条潜水船到水下做一次旅行。由于战争爆发,他改变了主意,打算建造一条水下战舰,从水下去攻击英国的水面战舰。于是,他很快设计制成了一条小艇,起名叫“海龟”。

“海龟”艇是木制的外壳,形状很像一个尖头向下的鹅蛋。艇底有一个小水柜,艇内有一个小水泵,向水柜灌水时,小艇就潜入水中,当水泵把水柜的水抽出时,小艇就上浮。艇上还装有一个手螺旋桨,可使小艇在水下前进。

艇外挂有一个大炸药桶。进攻时,小艇开到敌舰的正下方,然后用长矛似的钻子去钻敌舰的船底,钻好后把炸药桶挂上,启动定时爆炸装置,当小艇离开后,炸药桶自动爆炸,就可以摧毁敌舰。

“海龟”艇制成后,曾奉命攻击英国的快速战舰“鹰”号。当“海龟”艇潜到“鹰”号的船底下方时,驾驶员埃兹拉·里选择钻孔的位置不对,钻不进去,他怕所带的氧气用完,于是放弃了攻击,浮出水面,准备返航。这时,英国海军巡逻艇发现了它,就把它当做怪物进行追捕。“海龟”艇跑不过巡逻艇,埃兹拉·里急中生智,把炸药桶放了出来,并点燃了定时爆炸装置,轰隆!一声巨响,吓得英国巡逻艇调头就跑,埃兹拉·里安全返回了基地。

18世纪末,爱尔兰裔的美国人罗伯特·富尔顿建造了一艘小巧玲珑的潜艇,名叫“魟鱼”。该潜艇长7米,形状像子弹,艇体为铁架铜壳,有水柜,能使艇沉浮。艇上还有一台手螺旋桨,保证水下行驶;还有一根可以折叠的桅杆,并装有风帆,能使艇在水上航行。它使用的武器是水雷。这条潜艇从材料、设备到武器,都比“海龟”艇有较大的改进,所以比“海龟”艇潜得深,攻击威力大。

19世纪中叶,德国人威廉·鲍尔对罗伯特·富尔顿的潜艇加以改进,制成了“火焰”号潜艇,装置一对踏车作为动力。它就像现在的自行车一样,用脚踏飞轮,带动螺旋桨转动,使艇前进。