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王渝生:飛機發明110年
   2013-12-18   凱風網   編輯:

  飛機指具有固定機翼和一具或多具發動機,靠自身動力能在大氣中飛行的密度大于空氣的航空器。這種定義是為了與滑翔機和旋翼機(直升機)有所區別。飛機的動力來源于活塞發動機、渦輪螺旋槳發動機、渦輪風扇發動機或火箭發動機等等。

  飛機的發明

  飛機是人類在20世紀初所取得的最重大的科學技術成就,有人將它與電視和電腦并列為20世紀上半葉對人類影響最大的三大發明。

  110年前,1903年12月17日,美國的萊特兄弟(Wright brothers)和在世界上制造出了第一架依靠自身動力進行載人飛行的飛機“飛行者”1號,并且獲得試飛成功。其時哥哥威爾伯·萊特(Wilbur Wright,1867—1912年 )36歲,弟弟奧維爾·萊特(Orville Wright,1871—1948)32歲。年幼時,這對兄弟倆就已經顯出對機械設計、維修的特殊能力。他們善于思考,富于幻想,手藝精巧,還經常做出好些有創新意義的小玩意,比如會自由轉彎的雪撬等等。

  1894年,萊特兄弟在代頓市開了一家自行車輔。由于他們倆工作認真,手藝好,再加上價格公道,店鋪的生意興隆。富于創新精神的萊特兄弟當然不會滿足于這些,他們不愿終生與這些自行車零件打交道,于是,他們決定開始去實現童年時的夢想。

  1900年10月,他們的第一架滑翔機試飛成功了,但是,滑翔機的留空時間畢竟有限,但假如給飛機加裝動力并帶上足夠的燃料,那么它就可以自由地飛翔、起降。于是,兄弟倆又開始了動力飛機的研制。

  萊特兄弟廢寢忘食地工作著,不久,他們便設計出一種性能優良的發動機和高效率的螺旋槳,然后成功以把各個部件組裝成了世界上第一架動力飛機。

  1903年12月17日,奧維爾駕駛他們的飛行飛行了59秒,距離達到255米。這是人類歷史上第一次駕駛飛機飛行成功。萊特兄弟繼續改進他們的飛機。不久,兄弟倆又制造出能乘坐兩個人的飛機,并且,在空中飛了一個多小時。

  美國政府對此非常重視,決定讓萊特兄弟做一次試飛表演。

  1908年9月10日這天,天氣異常晴朗,飛機飛行的場地上圍滿了觀看的人們。人家興致勃勃,等待著萊特兄弟的飛行。

  10點左右,弟弟奧維爾駕駛著他們的飛機,在一片歡呼聲中,自由自在地飛向天空。飛機在76米的高度飛行了1小時14分,并且運載了一名勇敢的乘客。

  他們因此于1909年獲得美國國會榮譽獎。同年,他們創辦了“萊特飛機公司”。自從飛機發明以后,飛機日益成為現代文明不可缺少的運載工具。它深刻的改變和影響著人們的生活。

  飛機的結構

  飛機具有兩個最基本特征:其一是它自身的密度比空氣大,并且它是由動力驅動前進;其二是飛機有固定的機翼,飛行器它的密度小于空氣,那它就是氣球或飛艇。如果沒有動力裝置,只能在空中滑翔,則被稱為滑翔機。飛行器的機翼如果不固定,靠機翼旋轉產生升力,就是直升機或旋翼機。

  大多數飛機由五個主要部分組成:機翼、機身、尾翼、起落裝置和動力裝置。

  動力裝置主要用來產生拉力或推力,使飛機前進。其次還可以為飛機上的用電設備提供電力,為空調設備等用氣設備提供氣源。

  現代飛機的動力裝置主要包括渦輪發動機和活塞發動機兩種,應用較廣泛的動力裝置有四種:航空活塞式發動機加螺旋槳推進器;渦輪噴射發動機;渦輪螺旋槳發動機;渦輪風扇發動機。隨著航空技術的發展,火箭發動機、沖壓發動機、原子能航空發動機等,也有可能會逐漸被采用。動力裝置除發動機外,還包括一系列保證發動機正常工作的系統,如燃油供應系統等。

  飛機除了上述五個主要部分之外,還裝有各種儀表、通訊設備、領航設備和安全設備等等。

  民用飛機和軍用飛機

  飛機不僅廣泛應用于民用運輸和科學研究,還是現代軍事里的重要武器,所以又分為民用飛機和軍用飛機。

  民用飛機除客機和運輸機以外還有農業機、森林防護機、航測機、醫療救護機、游覽機、公務機、體育機,試驗研究機、氣象機、特技表演機、執法機等。

  軍用飛機是直接參加戰斗、保障戰斗行動和軍事訓練的飛機的總稱。是航空兵的主要技術裝備。主要包括:殲擊機、轟炸機、殲擊轟炸機、強擊機、反潛巡邏機、武裝直升機、偵察機、預警機、電子對抗飛機、炮兵偵察校射飛機、水上飛機、軍用運輸機、空中加油機和教練機等。飛機大量用于作戰,使戰爭由平面發展到立體空間,對戰略戰術和軍隊組成等產生了重大影響。

  噴氣式飛機和超音速飛機

  20世紀30年代后期,活塞驅動的螺旋槳飛機的最大平飛時速已達到700公里,俯沖時已接近音速。音障的問題日益突出。前蘇、英、美、德、意等國大力開展了噴氣發動機的研究工作。德國設計師奧安在新型發動機研制上最早取得成功。1934年奧安獲得離心型渦輪噴氣發動機專利。1939年8月27日奧安使用他的發動機制成He-178噴氣式飛機。

  1942年7月,德國23歲的奧海因經過千辛萬苦的努力,制造出了第一架噴氣式飛機,Me-262,同年7月18日試飛。因噴氣式飛機比螺旋槳式飛機要快160km/h,得到德國政府的同意開始投入空戰,1944年8月德軍用37架噴氣式飛機擊落了18架美國的螺旋槳飛機,在同盟軍中引起了震驚。

  噴氣發動機研制出之后,科學家們就進一步讓飛機進行突破音障的飛行。噴氣式飛機都喜歡在 1萬米左右的高空巡航,因為這里是平流層的底部,可以避開對流層因對流活動而產生的氣流。在11000-20000m的同溫層內,音速的標準值是1062km/h,而且基本穩定。

  1947年10月14日在美國加利福尼亞州的桑格菲爾地區,貝爾公司試飛能沖破音障的飛機成功:空軍上尉查爾斯·耶格駕駛X—1在12800米的高空飛行速度達到1078公里/小時,馬赫數(速度與音速的比值)M=1.1,人類首次突破了音障。民用超音速飛機的代表是法國研制的協和超音速飛機。美國宇航局在秘密研制一種超高速飛機X-43A型超高速飛機毋須火箭動力,最高速度卻可達音速10倍,即馬赫數M=10,是當今世界最快的飛機,從美國東岸飛到西岸只要半個小時!

  飛機的影響

  自從飛機發明以后,飛機日益成為現代文明不可缺少的運載工具。它深刻的改變和影響著人們的生活。 由于發明了飛機,人類環球旅行的時間大大縮短了。

  世界上第一次環球旅行是16世紀完成的。當時,葡萄牙人麥哲倫率領一支船隊從西班牙出發,足足用了 3年時間,才穿越大西洋、太平洋,環繞地球一周,回到西班牙。19世紀末,一個法國人乘火車環球旅行一周,也花費了43天的時間。飛機發明以后,人們在1949年又進行了一次環球旅行。一架B—50型轟炸機,經過4次漂亮的空中加油,僅僅用了94個小時,便繞地球一周,飛行 37700公里。強中更有強中手。超音速飛機問世以后,人們飛得更高更快。1979年,英國人普斯貝特只用14個小時零6分鐘,就飛行36900公里,環繞地球一周。在不到一天的時間里,就可以飛到地球的各個角落,這對于生活在20世紀以前的人類來說,難道不是一個人間奇跡嗎?

  飛機的發明也使航空運輸業得到了空前發展,許多為工業發展所需的種種原料擁有了新的來源和渠道,大大減輕了人們對當地自然資源的依賴程度。那些不宜長時間運輸的牲畜和難以長期保存的美味食品,也可以乘坐飛機而跨越五湖四海,給世界各地的人們共賞共享。當年連貴妃娘娘都不易品嘗的嶺南荔枝,如今也出現在尋常百姓的家中了。

  在人類向地球深處進軍時,飛機也被廣泛應用于地質勘探。人們使用裝備了照相機或者一種稱為肖蘭系統的電子設備的飛機,可以迅速而準確地對廣大地區,包括險峻而難以到達的地方進行測繪。把空中拍攝的照片一張張拼接起來,就可以繪制極好的地形圖。這比古老的測繪方式要簡便易行得多。就連冰天雪地、人跡罕至,一度只是探險人員涉足的北極和南極,乘坐飛機也可以毫不困難地到達。

  當然,飛機在現代戰爭中的作用更為驚人。不僅可以用于偵察、轟炸,而且在預警、反潛、掃雷等方面也極為出色。在20世紀90年代初爆發的海灣戰爭中,飛機的巨大威力有目共睹。當然,飛機在軍事上的應用給人類也帶來了慘重災難,對人類文明產生了毀滅性破壞。但是和平利用飛機,才是人類發明飛機的初衷。

  飛機在中國

  1909年9月21日 中國人的第一架飛機——由馮如制造并駕駛在美國的奧克蘭市郊區試飛成功。

  馮如(1884-1912),廣東恩平人。生于一個貧農家庭。他從小喜歡制作風箏和車船等玩具。對神話故事尤其是飛天故事,更是滿心向往。12歲隨父漂洋過海到美國謀生。他目睹美國先進工業,認為國家富強必須依靠工藝的發達,改變中國貧窮落后面貌非學習機械、發展工藝不可。他在研制出一些機械的基礎上投入了飛機制造。他提出航空救國主張并為之奮斗:“吾聞軍用利器,莫飛機若,誓必生為之倡,成一絕藝以歸饗祖國,茍無成,毋寧死。”1911年2月,馮如謝絕美國多方的聘任,帶著助手及兩架飛機回到中國。并在廣州燕塘飛行表演中不幸失事殉職。馮如殉職后,遺體安葬在廣州黃花崗七十二烈士墓(今黃花崗公園),立碑紀念,尊為“中國始創飛行大家”。馮如在彌留之際,囑咐同志:“吾死后,爾等勿因是失其進取之心。”

  1911年辛亥革命后,滬軍都督陳其美組建了中國第一支有正規建制和番號的飛行隊,隊長厲汝燕(1888-1944)于1912年4月13日在上海江灣跑馬場進行了飛行表演,此舉被稱為中國人真正的航空時代的開始,距今已逾百年。

  新中國成立后,1956年制定的國家十二年科技發展規劃在航空和航天中選擇了航天作為重點發展方向,這是當時歷史條件下的抉擇。半個世紀以后,2006年制定的國家十五年科技發展規劃已經把航空特別是大飛機的研制列入重大專項,總體投入將達2000億元。中國制造的大型飛機預計要在2014年首飛,時間非常緊迫。到2020年,人們出門乘飛機不是波音就是空客的局面將會徹底改變了。

 

 
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