书城自然科学新编科技知识全书:科学发现与传奇故事
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第94章 大鹏展翅

“鱼在林间跃,鸟在湖底飞”这是大自然的奇妙景观,看着鸟儿在空中自由自在地展翅,我们不禁羡慕不已,要是人类也生出一双丰满的羽翼该有多好呀!

为了能象鸟儿一样,人类不断地探索着,不知为此付出了多少艰辛与代价,进行着各种各样的尝试。

人类的空中旅行开始于1783年。当时有人将第一个“热气球”送上了天空。气球外壳是用多层帆布做的,里面用纸密封,能装入600立方米热空气。开始时气球上还没有乘客,当它上升到约2,000米的高空后,飞行了几公里后降到地面。后来,一只羊,一只鸭子和一只鸡成功地作了一次联合飞行。在用氢气代替热空气后,气球飞行的距离就更远了,法国人曾乘氢气球飞越了英吉利海峡。

利用气球,人可以离开地面,但是他能到达什么地方是身不由己的,这主要取决于风的恩赐。此外由于气球外壳有某些地方不密封以及一些其他条件,气球成不了一种交通工具。直到可以生产氢气和用液体橡胶制造轻而不漏气的材料以后,气球建造才取得了真正的进展。气球适用于完成某些特殊任务,在战争期间被用于侦察目的、向外运送人员、信鸽和邮件。气球在科学研究工作中同样有用。空气和云的带电情况,声的传播和声速,空气的成份,水的沸点及其他数据和现象都可以通过高空气球来测量。

不受风向和风力影响可以朝预定目标飞行的飞艇,在汽油发动机发明后,由戴维·施瓦茨设计完成,但在1897年的第一次航行时,由于机器发生故障,飞行失败,飞艇也坠毁了。接着最著名的飞艇发明家费迪南德冯·齐柏林决定突破前人的设计方案而设计一种“硬”结构。飞艇不用“支承气体”而用一种轻质金属骨架支撑,在骨架内放上充有氢气的“气球网”。发动机和驾驶室在飞艇肚下。几经失败,飞艇最后在两小时内飞行了几百公里,终于证明齐柏林的设计思想是正确的。从前持观望态度的军事部门如今对飞艇也发生了兴趣,从齐柏林的飞艇制造厂订制了两架军用飞艇。这位发明家一下子从“疯伯爵”变成了民族英雄。飞艇每次飞行,都要悬挂彩旗,击鼓奏乐,发表讲演以示庆祝。从此以后,座落在博登湖畔的飞艇制造厂生意兴隆。出现了空中交通。世界上第一个航空公司“德国航空股份公司”的7架飞艇在5年间进行了16,000次飞行。主要是为军事目的服务。

后来又出现了著名的德国“齐柏林伯爵”号飞艇,在这架飞艇身上集中了过去一切经验。它作了一次世界旅行,一次向北极地带的考察飞行,苏联科研人员也参加了这次航行,还定期向南美作了150多次运送旅客的飞行。“LZl29”号飞艇造于1936年。它以几乎比快速列车高一倍的速度把旅客运过大西洋上空。1937年5月6日晚上,一场急风暴雨使得“LZl29”飞艇无法按计划飞抵美国的莱克赫斯特上空后平安着落,只能停留在空中。直到一小时后暴风雨停息,才开始降落。但是随着一声爆响,艇尾炸得粉碎,几秒钟后飞艇就成了一个巨大的火球慢慢地落向地面。艇内98人中有三分之一死亡或受了重伤,降落失败了。这次莱克赫斯特上空的灾难暂时结束了采用“轻于空气”原理的空中旅行。

“重于空气”的飞行,即“鸟类飞行”的计划和试验并没有完全停顿下来。当人们认识到,气球并不能满足开发要求时,就进一步加强了这种试验。最早从事飞机研究的人中有一人名叫乔治·凯利,他在十九世纪初用滑翔机模型做试验,阐明了一些驾驶飞机的办法。他正确地认识到,飞行的关键首先在于拥有重量轻而效率高的推进器。因为要腾空而起,光靠人力来推动是不够的。俄国人亚历山大·费多罗维奇·莫沙伊斯基,结合物理测量方法研究鸟类飞行,他用一辆带有重物的“测量车”找到了机翼的最佳偏角。1876年,他展出了一架利用钟表机构驱动的飞机模型。后来,在一个较大的飞机上又安装了一台蒸汽机。当然,在沙皇俄国这位发明家不可能取得大成就。法国人克莱芒·阿代尔,按照蝙蝠的模样设计了他的第一架飞机。他对蝙蝠的飞行动作进行了透彻的研究。1890年秋,一架由四叶空气螺旋桨和一台20马力蒸汽机驱动的飞机进行了试飞,它离地面只有几公尺。由于国防部的资金支持,阿代尔制造出一架跨距为16米,由两台20马力的蒸汽机驱动的飞机。但是,一阵狂风将这架已成功飞行了300米的飞机摔得粉碎。这时,阿代尔已在《军事航空》中预示了未来军事航空的意义。在德国的飞机开拓者中,奥托·利连塔尔令人永志难忘。他是柏林的一个工程师,曾设计过蒸气锅炉、热空气发动机、采煤机以及“采石箱”等。早在高中时代,他便和他的兄弟一起经历了成功和失败的经验以后,认识到只有循序而进,试验才能成功。第一步应研究利用重力作为飞机前进动力以及浮力作为克服飞机下坠的力量的滑翔飞行。只有掌握了滑翔飞行,下一步才能使用发动机进行飞行。因此,他首先用滑翔机模型作试验。试验成功后,他又逐步把飞机加大到能承载这位发明家自己的重量。然后,又是一阵狂风使他的试验寿终正寝,飞机坠落下来,利连塔尔在被人从飞机残骸中救出后的第二天就死去了。

生命不息,探索不止。人类向未知探索的精神永远都不能够被困难与死神吓倒,越是艰险越向前。

美国俄亥俄州的自行车机匠威伯尔和奥维尔·赖特兄弟,积累了必要的经验后,设计了一架滑翔机。并且学会了掌握他们的双翼飞机的本领。他们终于可以进行利连塔尔未能实现的带发动机的飞行试验了。但是,当时还没有找到一种重量轻而功率大的发动机足以使飞机具有必要的推动力。人类有坚定的信念,有无穷无尽的创造力。1892年曾经有人预言:“到1922年就会有飞向四面八方的、改善国际交通的飞机。”赖特兄弟觉得要实现自己的想法,只有亲自去设计飞机发动机。1903年12月他们终于成功地制造出可以安装在飞机上的发动机。

1903年12月14日是个值得纪念的决定性的日子。威伯尔·赖特坐上了他的由两个空气螺旋桨驱动的飞机。飞机飞了30米后降落下来,三天后,飞机飞行了260米。他们再接再励,定向飞行的距离超过了40公里。用发动机的飞行终于实现了!

最初,赖特的试验几乎没有受到大家的重视。工业家们没有想到要去支持它,因为当时看不出会获得多少利润。军事部门几十年来对那些毫无意义的飞行计划已司空见惯,也不支持赖特的试验计划。尽管如此,“飞机迷”们并不气馁。有的人从研究飞艇转向研究飞机,有的人也试验成功了发动机飞机。他们的成就越来越显著。赖特兄弟带着飞机来到欧洲,他们在两个半小时内飞行了135公里,还首次在双座飞机中运载了旅客。有人乘坐单翼飞机飞越了英吉利海峡,有人在柏林创造了飞行高度为204.3米的世界纪录,有一位勇敢的飞行员飞越了阿尔卑斯山,俄国的飞行员以每小时90公里的航速从塞瓦斯托波尔飞到了彼得堡,又从彼得堡飞到了柏林。

飞机不再是“自杀的工具”了。法国、英国、德国和俄国的车辆厂及汽车制造厂,甚至连电气公司都开始制造飞机了。此外还出现了专门的飞机制造厂。

此时已系统地奠定了航空科学的基础。人们认识到,一架飞机在空中停留和运动要比一个风筝复杂得多,要求提出有关飞行的数学物理的理论。德国和俄国的物理学家们为建立空气动力学作出了重大贡献。

然而,要把飞机作为真正的交通工具,其可靠性还不够,费用也太贵。因此需要作大量的改进。飞机的结构形式在不断改变,对空气动力学的研究更加注意了。机身不采用格栅型,而采用密封式流线型了。发动机、武器装备和其他技术装备也得到了改进。除了用无线电报告观察结果和指挥炮火的侦察机,除了深入敌人后方从事专门摄影的飞机以外,空中还出现了高速战斗机和轰炸机。战后,飞机被用于民用航空事业,许多国家成立了运送邮件和旅客的航空公司。此时,航空运输需要可靠、迅速、航程远、比较舒适的飞机。技师和企业家胡戈·容克,提出了一项连专蒙都感到大胆的计划,他完全放弃采用木头或金属骨架、帆布外壁和拉紧钢丝的旧式飞机结构,而代之以张臂式的全金属单翼飞机。虽然他使飞机的功率得到提高,但设计方案和原型机仍遭到拒绝。不久,他的工厂生产出了著名的"F13"型飞机,这是一种全金属的飞机。它的每个细节都是根据民用航空的条件而设计的。它为发展民用飞机提供了一个良好的开端,后来,这种类型的飞机开始向国外大量出售。

1918年,苏联建立了“中央空气和流体动力学研究所”,这是世界上第一个为广泛研究和发展航空科学而建立的研究机构。

无数次远距离的航行证明了飞机的功能。飞机的速度在不断地提高,但要想进一步改进,就必须在驱动原理上另觅途径,必须加强研制火箭发动机或是喷气式发动机。1947年,这方面取得了很大的进展。装上喷气式发动机的试验机首次超过了音速。现在最高时速已达到3,500公里。

人们希望空中旅行也能度过几天而不是几小时的旅程。航空专家们指出用飞艇能实现这种愿望。自莱克赫斯特不幸事故发生以后,只有小型飞艇用于冰上巡逻,帮助捕鱼或作广告之用。而如今制造的飞艇大有改进,这是由于充了氦气,飞艇更加安全,同时加大发动机功率,这样就大大加快了其飞行速度。飞艇的飞行时间基本上可由人们自行控制,长时间飞行可以使旅客和度假者在空中航行时一饱眼福,而且同在旅馆内一样舒适。它还可以作为运输工具,运送建筑材料,或在森林资源丰富和交通闭塞的地区运输木材。

飞机以及飞艇的设计在日新月异地发展着,到了2000年,飞机将会是什么样子呢?波列夫教授认为今后将会出现运载1,000名旅客,每小时飞行1万公里的巨型客机,它在两小时内就可以绕地球半周。但相应的要解决许多问题:建立能安排这种巨大人流的飞机场;研制使飞机能达到时速1万公里的核动力发动机,建造这种巨型新型飞机的材料;使用激光焊接或高真空扩散焊接等新的工艺;研制可以整体制造超音速巨型飞机的金属加工新方法……人类的探索精神是永无止境的,在这种不断深入研究实践的过程中,人类的羽翼不断丰满,象大鹏一样翱翔在创新的天空之中。