书城科普走向未来的现代工业(新编科技大博览·A卷)
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第26章 交通运输(3)

这一消息轰动了整个欧洲,载人热气球迅速在巴黎和欧洲其他大城市中盛行起来。从此,人类才算真正地起飞了。热气球从严格意义上讲是人类最早的载人飞行器。直到今天,在某些科研领域或体育活动中,热气球仍被应用。

但热气球毕竟只能随风飘游,飞行具有很大盲目性,不能按照人的意志准确地到达目的地。乘气球必须观察风向、计算风速、了解不同高度上气流和云层的运动方向。因此人们一直在探索怎样更主动地驾驭热气球。

在蒸汽机发明以后,人们便设想将蒸汽发动机和气球结合起来,制成可控制的气球,这便是飞艇的最初设想。这一设想是由法国人季裴德实现的。1851年他成功地制造了第一艘飞艇,该飞艇长44米,体积达2499立方米,它由功率为3马力的蒸汽机转动一个三叶螺旋桨来驱动,发动机上面是用几根绳子牵着的一个呈纺锤状的巨大氢气囊。1852年9月季裴德驾驶着该飞艇,以每小时10千米的速度飞行了27千米,创造了世界上第一次飞艇飞行纪录。

回顾人类航空史上的飞艇时代,人们不禁要想到首次跨越北极的飞艇。北极是连接欧、亚、美三洲最短的途径,从19世纪以来,人们就梦想在北极上空开辟一条空中通道。人类这一梦想首先是由飞艇实现的。

1926年5月,来自挪威、意大利、瑞士等国的16名探险家驾驶着“挪威号”飞艇从欧洲大陆伸入北极圈内的一名叫斯匹次卑尔根的群岛上起飞,经过70多个小时的艰苦飞行,跨越了冰天雪地的北冰洋,最后降落在美国阿拉斯加州的小城泰勒。

由这艘飞艇开辟的北极航线,首次打通了从大西洋到太平洋的捷径,这无疑是人类空中交通运输史上一次辉煌的胜利。同时也显示了飞艇作为一种交通工具的潜力。现在每天都有许多民航飞机穿越北极上空,来往于欧洲、亚洲和北美洲之间。

气球和飞艇都是轻于空气的飞行器,由于它们的飞行速度慢、体积庞大,不能满足人类的要求。因此,人类一直在进行对新的飞行器的探索,但因为气球、飞艇具有飞行所必需的“升力”和“推动力”才实现了飞行,沿着这条成功之路,人类的飞行事业开始大踏步前进。

第一架飞机的诞生

人们看到的飞行方式有自然界像鸟和昆虫等扇动翅膀的飞行,有像气球、飞艇等比空气轻靠浮力的飞行,另外,还有像风筝一样比空气重的飞行物体,于是人们开始仔细研究风筝飞行的原理。

相传风筝是我国春秋战国时期发明的,据史书记载,早在公元前200年楚汉相争的年代,韩信制成了一只大风筝,在细竹条扎成的骨架上蒙上丝绸,下面装上一个吊篮,让张良坐在吊篮中,飞到楚营的上空,他高唱楚歌,引起了楚军将士的思乡之情,楚军的斗志因此被瓦解。

在国外关于风筝的故事也很多。荚国著名科学家富兰克林,曾在一个风雨交加的日子里,用一根细金属丝把风筝放上天空,引来雷电,证明了闪电也是一种放电现象。

20世纪初期,无线电发明者,意大利人马可尼首次实验从英格兰向纽芬兰拍发无线电报时,突然起了风暴,把发报机的天线扯断了,眼看预定联络时间就要到了,马克尼急中生智,很快找来一只风筝,用它代替天线,终于完成了横跨大西洋的无线电收发实验。

风筝最重要的价值还在于它直接启示了后来的能工巧匠和航空先驱者,他们从风筝的身上得到借鉴,通过对它的仔细研究,积累了大量空气动力学的知识,由此得出浮升和滑翔的原理。飞机发明者莱特兄弟,就是从研究风筝的过程中,才解决了飞机的动力、驾驶等问题。所以,从某种意义上说,风筝称得上是现代飞行器的真正始祖。

在美国华盛顿国家航空和空间博物馆里,有一个飞行器陈列馆,一进门就能见到说明牌上醒目地写着:“最早的飞行器是中国的风筝和火箭”。

在第一架飞机问世以前,已经有很多人从事飞机的研究,“飞机发明者”的桂冠虽不归他们所有,但人们永远不会忘记他们所付出的辛勤劳动和对航天事业的贡献,这些航空先驱者们兢兢业业的事业心和锲而不舍的精神,激励着后人的探索。

风筝最直接的影响就是滑翔机,有人说,在滑翔机上我们可以看到风筝的影子,在风筝上也辉映着滑翔机的风姿。

世界上第一架较成熟的滑翔机是由德国的奥托·李林塔尔发明的。他于1891年以柳条、木材为骨架,用棉布做翼,制成了一架滑翔机,并试飞成功,飞行方法是人双手抓着滑翔机下端的横杆在山坡上迅速地奔跑,像风筝一样,让滑翔机迎风起飞并带人升空。人用双手抓住支架吊在滑翔机上。

无论是形状上,还是飞行原理上,滑翔机都与风筝类似。它们都是借助风力升上天空,只不过风笋的升力只需大于风筝的重量即可,而滑翔机则要使升力大于自身和人的重量之和。

由于现代新材料技术的发展,又给滑翔机注入了活力。人们现在可以制造既结实耐用,重量又轻的骨架,再加上滑翔机结构简单,制作和操作程序比飞机更是简单,而且场地要求不高,所以很快成为一项风靡全世界的体育活动。也许只有在这惟一机种上,人类才能重温学鸟儿飞翔的梦想。

滑翔机的制造为飞机的问世积累了许多宝贵经验。终于在1903年,美国的莱特兄弟制造出了人类历史上第一架飞机。

莱特兄弟是美国俄亥俄州一位牧师的儿子。兄弟俩从小就非常着迷于鸟儿的飞翔。他们小时候最喜欢的玩具是父亲送给他们的“竹蜻蜓”。这件玩具启发了两个孩子的想像力,使他们立志长大了要造大飞机,没想到这一小小的玩具决定了两人的人生道路,最终使兄弟两人成为了举世瞩目的、航空界的杰出人物。

莱特兄弟虽然没有受过高等教育,但他们虚心好学,刻苦努力,尊重实践,善于思考,锲而不舍,终于获得了成功。

莱特兄弟学习了从飞行学会得到的大量书籍资料,他们借鉴前人的成果,汲取他们的教训,1900年制造了第一架双翼无尾滑翔机,在反复实验中他们懂得了更多的飞行知识。

在研究制造滑翔机的基础上,1903年莱特兄弟开始制造带有动力、可操纵的飞机。他们自己动手制造了一台活塞式发动机,发动机借助于链条带动螺旋桨转动。

1903年12月17日,这是具有历史意义的一天。莱特兄弟带着他们亲手制造的飞机到野外试飞。那一天天气很冷,风速为每小时35~43千米,漫天沙尘。10时35分,引擎发动后,这架小飞机开始向前移动,前进12米后离开地面升入空中。第一次飞行只升高了3米左右,前进了366米,但这是一项伟大的成就:它是人类历史上第一次有动力、载人、持续、稳定、可操纵的飞行器的首次成功飞行。

直升飞机

直升机的机体上方安有一副或几副类似于大直径螺旋桨的旋翼,倾斜时可产生向前、后用于山区救援的直升机或左、右的水平分力,使直升机既能垂直上升下降、空中悬停,又能向前后左右任一方向飞行。

直升机可在狭小场地上垂直起飞或降落而无需跑道。中国公元前就广泛流传的玩具竹蜻蜓是直升机旋翼的起源。直到2000多年后的18世纪,竹蜻蜓传入欧美,启发了利用旋翼的滑面力使航空器升空的设想。

1754年,俄国的M·B罗蒙诺索夫首次进行了直升机旋翼模型的试验。此后,英、法等国的科学家也进行了多次直升机的研制试验。1877年5月14日,意大利工程师福拉尼尼研制的直升机模型首次实现飞离地面,升到13米高度,滞空时间达20秒。福拉尼尼的模型内装有一台自制的蒸汽发动机,尽管它的重量还不到4千克,但与它所产生的动力相比还是太重了。这时期的主要问题是缺少重量轻、马力大的发动机。直到1903年第一架飞机诞生后,有了较轻的发动机,直升机的正式研制工作才得以开始。1907年11月13日,法国机械师保罗·科尔尼的直升机完成了历史上首次载人飞离地面(约03米)。这架直升机有两副直径6米的旋翼,一前一后地安装在承力支架上,每副旋翼有2片桨叶,动力装置为一台24马力的汽油发动机。在科尔尼同时及之后,法、美等国也有多人研制和试验直升机。但由于平衡和操纵问题难以解决,大都未能升空,只有少数离地几米,留空几秒钟。直到1923年西班牙人J·西尔瓦发明铰接式旋翼,才为直升机的成功升空开辟了道路。

1936年,德国的H·福克成功地试飞了第一架得到承认的载人直升机FW61,这也是第一架真正可操纵的直升机。它有横列安装的两副旋翼,曾创下航行1小时20分,飞行高度3400米、时速12千米的纪录。尽管FW61获得巨大成功,但现代直升机在外形、结构和原理上都是从叶戈尔·西科尔斯基的发明发展而来的。西科尔斯基是移居美国的俄国人,他设计的VS—300型直升机于1939年11月首次试飞。VS—300与FW61最大不同在于前者装有一副水平主旋翼和一副装有机尾垂直旋转的小翼,小翼产生可抵消主旋翼转动时机身反抽旋转的反作用力矩。而这正是今天大多数直升机所具有的特点。在后来的试验中,为了改善操纵性,VS—300曾左右安装了两副水平旋翼。此后,西科尔斯基在VS—300的基础上设计了R—4型直升机,这是第一种投入实际使用的直升机,生产了数百架,在第二次世界大战及战后得到了广泛使用。因此人们将西科尔基称为“现代直升机之父”。

无人驾驶飞机

无人驾驶飞机简称无人飞机。无人飞机的问世,给航空技术增加了几分神秘的色彩。专家认为,无人飞机是飞机高新技术的先导试验机,又是飞机高新技术的开拓应用机。

在飞机上安装陀螺仪,就可以实现了飞机无人驾驶的自动飞行。现在,人们把无线电遥控技术应用到飞机上,使航空航天的遥感技术得到实质性的发展。人们又把计算机程序控制的成果用在飞机上。现在,已经研制出了无人轰炸机。

20世纪80年代以来,人们在航空领域广泛采用微电子技术、复合材料技术、隐身技术和先进的传感技术,航空技术发生了巨大的革命性的变化。一批高新技术在无人飞机中的应用,促使形形色色的无人飞机异军突起,正向着多功能、小型化、军民两用的方向发展。

我们来看一下1982年6月9日黎巴嫩东部贝卡谷地的大空战,这是震惊世界的空战。战前,以色列多次出动小型的无人侦察机进行侦察。无人侦察机的控制方式和电子技术装备都极其先进,非常隐蔽地侦察到了SM—6导弹发射阵地的地形、地貌和具体位置。

随即,以色列军方对谷地进行强电子干扰,同时出动了F—15、F—16和F—4等战斗机和轰炸机对贝卡谷地导弹基地进行猛烈地空袭。结果出人意料,这次空战,以色列仅用6分钟就将贝卡谷地的19个SM—6导弹基地全部摧毁,举世震惊,舆论大哗。这次空战表明,无人飞机进入了新的发展时期。

无人飞机用诸于民用,将在国民经济中大放异彩。据报道,1989年5月,美国研制成功了一种高空探测专用无人飞机,供采集、分析、研究臭氧层空气取样之用,也可用于大气研究的其他方面。