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石家庄市数字科技馆

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  • 飞机发明家-莱特兄弟
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            内容摘要: 莱特兄弟 父亲的启发 威尔伯·莱特和奥维尔·莱特是一对亲兄弟。他们出生在一位主教的家庭中。他们的父母老莱特夫妇先前住在米尔维尔,生下威尔伯没有多久,他们移居到俄亥俄州的代顿,并最终在此定居下来。奥维尔在4年之后降生。 这位莱特老主教,是个受人尊敬的、乐于助人的人。但是他不相信人能飞上天。据说有一次,他与一个大学校长谈话时说:“我看科学已不能再发展了,能够发明的...

     

    莱特兄弟
    父亲的启发
    威尔伯·莱特和奥维尔·莱特是一对亲兄弟。他们出生在一位主教的家庭中。他们的父母老莱特夫妇先前住在米尔维尔,生下威尔伯没有多久,他们移居到俄亥俄州的代顿,并最终在此定居下来。奥维尔在4 年之后降生。
    这位莱特老主教,是个受人尊敬的、乐于助人的人。但是他不相信人能飞上天。据说有一次,他与一个大学校长谈话时说:“我看科学已不能再发展了,能够发明的东西也都发明出来了。”“我不同意您的看法,”大学校长说,“依我看,50 年后,人还可以像鸟一样飞!”“你这是胡说!”老莱特说道。“只有天使安琪儿才能飞行,而安琪儿是上帝创造的!”这个老主教怎么也不会想到,能让人类在天空自由飞翔的,竟然就是他的儿子们,他也不会想到,促使他的儿子们想飞上天,也跟他有某些关系呢!老莱特是很爱他的孩子们的。有一次他外出回家,给孩子们带回来一个奇特的礼物,名字叫“飞螺旋”。这大约是一个以橡皮筋为动力的竹蜻蜓。
    只要把皮筋旋紧,一松手,它就能飞上天空。孩子们高兴极了,玩得爱不释手。这个玩意儿也深深地启发了他们。过去他们只知道鸟儿能飞,蝙蝠能飞,蝴蝶、蜜蜂和许多昆虫也能飞,他们没有想到,人自己做的东西竟然也能飞上天呢!从那时起,他们便喜欢上了一切能飞的东西。这时,也不断传来世界上,尤其是欧洲一些人造的东西飞上天的消息。
    在父母的支持下,他们受完了中等教育。后来,他们独立谋生了,凭着聪明和勤奋,成为优秀的自行车制造和修理工。而通过这份工作所获得的金钱和机械加工技术,最终为他们制造飞机奠定了坚实的基础。
    在这一时期,他们始终没有失去对飞行的巨大兴趣,时时关注着一些人“飞天”的消息。其中,德国人奥托·李林达尔一次次的滑翔飞行最使他们心醉。
    李林达尔是一个伟大的实践者,他一生都热心于人类飞上天的事业,曾做过2000 多次固定翼滑翔机飞行实验。不过,他思想上始终认为人类将来一定能像鸟儿一样扑动着翅膀飞上天空。他的成功滑翔,为后人提供了极为丰富的经验。1896 年,他在一次滑翔中试验一种新的操纵方法,结果因滑翔机突然减速栽下,献出了宝贵的生命。
    他的死引起了人们的震惊,也引起了对人是否能飞上天的怀疑。但莱特兄弟知道了之后,却对他充满了敬佩之情,并下定了要为航空事业献身的决心。他们开始通过各种途径寻找一切有关航空的书籍认真学习,还常去野外认真观察鸟类,特别是鹰的滑翔飞行。这一切使他们坚定地认为,人是一定可以飞上天的。不过,吸取他人的经验教训,选择一条正确的上天之路,才是最重要的。
    面对难题重于空气的飞行器要上天飞行,有许多问题需要解决。其中最关键的问题是:动力、升力、稳定和操纵。对这几个问题的认识,是经过无数人的努力甚至牺牲,才逐渐成熟以至达到突破的。
    首先是动力问题。先前人们总以为,鸟儿能通过自己的力量扑动翅膀飞起来,人为什么就不行?于是就一次次去试验,结果不是根本上不去,就是从高处往下飞时摔伤或摔死。后来随着科学的发展,人们才逐步认识到,鸟儿虽小,但它们新陈代谢的水平,身体的构造,以及用以扑动翅膀的肌肉的发达程度,都适合于飞行,而人是远远不能比的。莱特兄弟接受了这一宝贵经验,采用借助其他动力(后面将专门介绍)的方法,避免了再走弯路。
    其次是升力问题。升力和动力虽有联系,但却是两个完全不同的概念。
    动力可使飞行器运动起来,在与空气相互作用中产生稳定的升力。但有了动力却不一定就有升力。汽车有发动机提供动力,但却不能飞。可见,升力与动力有关,更与飞行器的构造有关,飞行器的翅膀(也叫机翼)就是用来产生升力的。
    可是,长期以来人们的研究方向大多数限于学鸟儿扑动翅膀产生升力,结果是失败接着失败。后来人们才逐渐认识到,鸟儿扑动翅膀是一种极为复杂的运动,这对当时人们的技术水平来说,是绝难做到的。这条路终于放弃了。莱特兄弟得益于前人的这一深刻教训,没有走弯路,而是一开始就走上研究固定翼的道路。特别是由于对老鹰在空中伸展翅膀长时间不动而可自由飞翔的观察,更使他们认为,飞行器用固定翼,一定能成功!最后是飞行的稳定和操纵。这是个很重要的问题。如果飞行器能上天,但飞行很不稳定,像树叶一样乱飘怎么行呢?特别是如果不听人的使唤,叫它升,它却降,叫它向前飞,它却拐弯,那就太糟糕了。飞行器失去控制,会造成空难。在莱特兄弟之前,虽然许多人的滑翔实验已对稳定和操纵问题积累了丰富经验,但仍有许多问题没有解决。这个历史的任务也落在了莱特兄弟肩上。
    试飞成功在李林达尔死后3 年中,莱特兄弟进行了极为艰苦的学习和探索。他们认为,要实现人类的飞行,首先要解决的还是飞行器的飞升、稳定和操纵问题。动力问题,根据前人的经验,可利用从高处下降时重力作功得到暂时解决。这样,他们从研究无动力的滑翔机入手,开始了漫长的创造之路。
    1899 年,他们制成了一架双翼的滑翔机——与其说是飞机,倒不如说是一架大风筝。不过这风筝的翼可以通过人的操纵产生一定角度的扭曲和弯曲,从而使它在滑翔中初步取得了操纵的横向稳定性和侧向的平衡。
    成功的喜悦使他们的实验一发而不可收。
    1900 年,他们在前一次经验的基础上,制成了第一架真正的滑翔机。为了更好地实验,他们选中了远离家乡的北卡罗来纳州大西洋海滨基蒂霍克的斩魔山沙丘作为实验场。这架滑翔机,翼展5.18 米,人可卧于下层机翼中间操纵。一次次滑翔,使他们掌握了大量前人没掌握的东西,更摸索到了改进滑翔机的道路。
    1901 年,一架更大、性能更优越的滑翔机造了出来。随后,他们计划并建成了一个自己的“风洞”实验室,以及自制了一些测量仪器。在多次的滑翔和风洞实验中,他们逐渐掌握了机翼形状、大小、飞行速度与升力之间,以及机翼扭动弯曲变化与稳定操作之间的许多规律。他们还发现了前人计算升力公式的错误。在此基础上,逐渐积累并整理出一套计算飞机性能的重要数据。
    1902 年,第三架性能更好的滑翔机问世了。这架滑翔机已经十分成熟,就是说,只要再给它安上发动机,就可以做真正的以人操纵的动力飞行了。4年多的时间,他们进行了大小1000 多次的滑翔飞行实验,克服了许多难以想象的困难,终于基本解决了飞升和操纵问题。下一步,他们开始向人类飞上天空的最后一关——载人动力飞行冲击了。
    动力飞行,最重要的是要解决动力机械问题。幸运的是,他们所处的时代,内燃机的制造技术已经成熟,只要把内燃机搬上飞机,动力问题即可解决。
    不过,还有一些特殊的问题要解决,因为当时生产的内燃机没有一样适用于飞机。他们只好自己来设计,改进。经过努力,他们成功地做成一台有12 马力的4 缸水冷飞行用的发动机。另外,经过细心研制,做成两副直径2.95米的螺旋桨,这就能把发动机的动力变为力量很大的风,依靠风的吹动,解决了飞行的动力问题。
    第一架带有发动机的飞机终于在1903 年夏天诞生了。他们给它取名为“飞鸟一号”。这架飞机,主要部分是一对双层的大翅膀,骨架用木头做成,表面蒙布,上下翅膀之间,也以木支架联接。远处看去,很像一个双层大书架。发动机装在下层翅膀中间,几乎看不到飞机机身。前面的升降舵和后面的方向舵与大翅膀之间,也以木架联接。飞机没有带轮子的起落架,只有滑橇,以带轮小车支撑助跑起飞,人则趴在飞机下层翅膀上进行操纵。
    飞行能否成功?怀着激动和不安心情的莱特兄弟,把“飞鸟一号”运到了基蒂霍克海滨。12 月14 日,“飞鸟一号”上了轨道,哥哥威尔伯先飞。
    滑行,加速,离地!威尔伯猛拉升降舵,不想机头抬得太高,速度一下减慢,飞机掉下来摔坏了。他们又花了两天时间,把飞机修好。轮到弟弟奥维尔了。
    12 月17 日,这是航空史上应该永远记住的日子。奥维尔卧在飞机上,稳住激动的心,开始小心翼翼地操纵。滑行,加速!在离地的一刹那,奥维尔平稳地拉动了升降舵,飞机一下腾空而起。接着,凭借螺旋桨的推力摇摇摆摆向前冲去。1 秒,2 秒⋯⋯整整持续了12 秒,飞行了36.58 米,成功了!接着,他们又试验了数次。这一天真是幸运极了,其中有一次飞行,居然在空中停留了59 秒钟,飞了259.75 米远!要知道,这是人类第一次驾驶重于空气的有动力的飞行器进行飞行啊!不断改进成功的喜悦鼓舞着他们,也促使他们不断地完善飞机的性能。然而当他们宣布成功的消息后,不但没有受到赞扬,反而有人在报纸上攻击他们。对于这些攻击,他们毫不理会,继续进行着试验和改进。只有他们心里最清楚:他们是成功的,而且一定会越来越好!1904 年5 月,他们造出了“飞鸟二号”。它与“飞鸟一号”的最大区别,是发动机的马力从12 增加到20。飞行试验的地点,也移到了家乡代顿附近的赫夫曼大草原。他们用这架飞机进行了105 次飞行试验。最长的留空时间已达到5 分钟,飞行距离4.4 公里。但遇到的新问题是在飞机急转弯时操纵不灵,造成失速和失控。
    1904 年冬天,他们又造出了“飞鸟三号”。在这架飞机上,他们改进了操纵系统,把操纵机翼和方向舵的钢索分开,使它们可以分别操纵。这一改进,飞机的飞行操纵就好多了,转弯、倾斜、做圆周运动和“8”字运动都可以操纵自如了。1905 年10 月5 日,威尔伯驾驶这架飞机,在空中整整飞行了38 分钟,航程38.6 公里。这次飞行之后,莱特兄弟确定地认为:“动力飞行器的时代来到了!”
    奇怪的是,他们的成果在很长时间内没有得到社会的承认。当莱特兄弟企图向美国陆军及英国政府出售技术时,均遭到拒绝。1907 年,哥哥威尔伯带着新造好的“飞鸟”去欧洲商谈专利和制造事宜,也无功而返。看来新事物要得到社会承认也不是一件容易事呢!事情终于有了转机。1908 年,威尔伯在法国举行的一次航空表演中,用他新造的那架“飞鸟”,打破了当时所有的飞机航空记录,成为全世界最受瞩目的人。这架飞机,翼展已达12.19 米,动力30 马力,重量363 公斤,时速60 公里左右,人也可以坐着驾驶了。
    莱特兄弟的成就,终于得到了世界承认。
    在这以后,莱特兄弟对飞机又进行了数次重要改进:在方向舵后增加了固定尾翼,并在其上安装了与前升降舵协调工作的升降舵。这样,飞机飞行的稳定性大大增加了。后来,又增加了轮式起落架以代替滑橇,并最终取消了前升降舵。
    最后出现的莱特飞机是在1915 年。这架军用单座侦察机有70 马力,双翼,已有了精致的外型。在它身上,早期“飞鸟一号”的影子几乎不见,它已是一架地地道道的性能稳定的飞机了。掐指算来,莱特兄弟献身航空事业,已奋斗了近20 年。他们已成为航空界备受尊敬的人。

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