航空先驱——乔治·凯利
世人都视莱特兄弟为航空先驱。其实,真正的航空先驱是英国的乔治·凯利爵士,他最先系统地提出航空理论,他制造了世界上的第一架飞机,并驾驶飞机飞上了天,时间要比莱特兄弟早100年。
乔治·凯利,1773年出生在英国一个贵族家庭中。凯利从小就对周围的一切充满了好奇心,他喜欢观察世界,并把自己观察到的东西记录在自己的笔记本上。翻开少年时代的凯利的笔记本,那上面密密麻麻地写满了对各种鸟雀的观察记录,例如:“根据我的秒表计算,乌鸦翅膀向下拍击的次数是每秒钟2647次。”
也许是少年时期对翱翔在蓝天的鸟类过于偏爱的原因吧,成年后的凯利迷上了飞行。为了能制造出一架能上天的飞机,他以顽强的毅力自修了机械学。1796年,凯利用鲸骨作弹簧,用羽毛作旋翼,制造出一架模型直升机。3年后,凯利成功地设计了一架机动单翼飞机,后来的航空史学家称赞它为“现代飞机的胚胎,开实用航空的先河”。1804年,凯利制造出一架简单的模型滑翔机,这种滑翔机的机翼形状好似一个风筝,凯利爵士登上滑翔机,成功地做了一次试飞。
1809年,世界上的第一架滑翔机从凯利爵士的手中诞生了。接着,凯利爵士在《自然哲学杂志》上发表了他的论文《论空中航行》,将十年的研究成果公之于世。《论空中航行》为空气动力学和飞行控制原理奠定了基础,是飞行科学的经典著作。
凯利善于从各种动物的活动中获取飞行的灵感。比如,通过对苍鹭飞行的观察和研究,凯利认识到了弧形翼的支撑作用,并据此确立了滑翔机和后来喷气机的设计原理:“缓慢飞行须用细长翼,短程迅速飞行则最好用宽短翼”。再如,通过对鳟鱼和海豚的观察研究,凯利建立了“流线型”的理论。凯利的一些设想,与某些现代飞机机翼的形状几乎不谋而合。
1843年,年已70岁的凯利爵士再次对飞行事业倾注了满腔的热情。经过十年努力,凯利造出了一架滑翔机,他与自己的马车夫登上滑翔机,驾驶飞机安全地飞越了家乡的布伦普敦山谷。这次飞行,是人类的滑翔机首次载入飞行,人类飞上天的愿望终于实现了!
1972年,人们根据凯利爵士当年发表在机械杂志上的插图仿制了一架当年的滑翔机,并成功地再现了人类首次飞天的壮举。
1974年,乔治·凯利爵士的名字被列入美国加州国际航空太空博物馆的名人堂。
第一个驾机离地的人——阿代尔
克莱芒·阿代尔是整个飞行史上,一位最有争议的人物。甚至在今天,人们对这个法国人的成就,以及这些成就对航空事业发展的影响还在争论不休;但人们普遍承认,阿代尔是第一个驾驶有动力的飞机离开平地的人。仍在争论的主要问题是,关于真正的持续飞行和“连续跳跃飞行”两者之间的区别。
阿代尔是一名电气工程师和发明家,他的名字之所以载入史册,不仅是因为他声称在1890年10月9日秘密进行过一次最早的飞行,或称跳跃飞行,而且还因为他在研制电话方面获得了成果。阿代尔在1890年10月9日驾驶的飞机叫“风神”。
阿代尔在1874年就公开展出过他的第一架大型模型飞机,所以“风神”是其早期试验的成果。在外表上,“风神”像一个蝙蝠,装一台蒸气机,蒸气机驱动一副拉进式(或前装式)螺旋桨。机翼可以折叠,就像在航空母舰上起降的现代海军用的飞机那样,但机翼上没有操纵面,阿代尔自己曾提到“稳定性不足”和“有进一步研究的必要”。
阿代尔给他的第二架机器取名“Avion”,这架机器虽然没有制成,但它却给飞机留下了一个法国人接受的名称。它的后继机“Avion”Ⅲ,在1897年曾进行过两次试飞,但是没有确凿的证据证明阿代尔在后几年关于这架飞机成功地进行了飞行的说法。
这架飞机最突出的特点,就是装两台发动机,驱动两副螺旋桨。阿代尔清楚地预见到了飞机的军事用途,并且得到了法国军事当局的财政资助。当财政资助被撤销,并且阿代尔耗尽了他的私人财产时,研究工作就停了下来。他毁掉了“风神”,但“Avion”Ⅲ及其著名的蒸气机却幸存下来。
莱特兄弟发明飞机
虽然乔治·凯利是制造出世界上第一架滑翔机,但真正使人类实现像鸟儿那样飞翔的梦想,是美国的威尔伯·莱特(1867—1912年)和奥维尔·莱特(1871—1948年)俩兄弟,他们制造了世界上第一架有动力的飞机,并于1903年成功地飞行,从而开创了飞行新时代。
莱特兄弟的母亲是一位受过教育的妇女,对机械很感兴趣,从小就培养兄弟俩热衷于制造机器的习惯。他们的父亲是一位牧师,他总是鼓励小哥俩去做他们感兴趣的事情。他们的飞行理想来源于父亲送给的一件用橡皮筋作动力的飞行玩具,其基本结构是一个中国的竹蜻蜓,即今天直升机的雏形。竹蜻蜓用一些竹或木削成细长的扭曲薄片,中间装上一主轴,用双手急搓便飞快旋转而上升。兄弟俩把玩具各部分拆开研究,他们仿制几个飞行玩具,都成功了,但是在仿制大尺寸的飞行玩具时,均遭到失败。虽然如此,飞行原理却铭记在他们心中。他们还留心观察在天空中飞行的风筝,及鸟翅膀在高空中飞行时展开和滑翔动作。莱特兄弟长大后,继续进行飞行研究。为了筹集研究工作需要的经费,1895年,他们开了一间自行车铺,修理和制造自行车。他们阅读了人们试图飞行的历史及最新实验报道,并从一些飞行先驱者的飞行试验资料、著作中获取经验,同时还学习了大量数学知识,以弥补他们缺乏正规高等教育的缺陷。
莱特兄弟依靠非凡的技术天才、勤奋好学和创造热情进行飞机的研究及制造。1900年,他们首次在海滩边完成了能带一个人的滑翔飞行,然而这第一架双翼滑翔机只能像风筝一样,依靠风力飞行。到1902年莱特兄弟又先后制成两架双翼滑翔机,他们在自己设计的“风洞”中进行了上千次试验,测得大量的数据(现代飞机设计仍采用风洞实验,从中选出最佳结果进行设计)。他们改进滑翔机的操纵器,给机翼加上可动部分,随后还设计制造了一台12马力的四缸活塞式发动机装到飞机上,发动机借助链条带动两个自制的二叶推进式螺旋桨转动。这样,世界上第一架用动力驱动、比空气重的飞行器制造出来了,莱特兄弟把首架飞机取名为“飞行者1号”。
当时人们在飞行动力实验方面遭到许多代价昂贵的失败,有些人甚至牺牲了生命,科学界由此得出了“比空气重的机器飞行似乎是不可能的”结论。但是三十多岁的莱特兄弟并不灰心,他们在无数次飞行实验中所得到的飞行基本理论,已大大超过了当时那些科学家所知道的范畴。“飞行者1号”是用帆布和又轻又结实的木材制成,机长65米,双翼翼展12.3米,全机重量为280公斤,靠带轮的小车在滑轨上起飞,靠滑橇在沙滩上着陆。这架飞机的操纵系统与众不同,这正是莱特兄弟对航空事业作出的最伟大贡献,驾驶员靠机械装置改变重心来操纵飞机飞行,飞机安装有方向舵和升降舵。第一架飞机尽管原始,但是现代飞机转弯和作机动动作的主要部件都可以从它身上找到。
1903年12月17日,威尔伯·莱特和奥维尔·莱特在基蒂霍克的基尔德维尔山地成功地进行了第一次重于空气动力的飞行,虽然他们珍贵的“飞鸟”在第四次飞行后被一阵狂风彻底毁坏,但他们仍怀着相当满意的心情返回代顿的家。当时,全世界并没有真正了解他们具有历史意义的辉煌成就。报纸仅登载了一些歪曲事实真相的报道,致使读者以为,这次试验和当时正在进行的所有其他飞行尝试一样,也没有成功。
返回代顿后,兄弟俩设计组装一种新型发动机的第二架“飞鸟”,并在1904年5月制造完毕。第二架“飞鸟”在一个距代顿东约12.9千米、名叫赫夫曼大草原的广阔场地进行试飞,共进行了105次飞行,最长的持续飞行时间超过了5分钟,飞行距离达4.4千米。他们遇到了一个问题,在急转弯过程中,“飞鸟”操纵不灵,因而造成失速并失去控制。
在这一年的冬季,兄弟俩制造了第三架“飞鸟”。这次试飞还是在赫夫曼大草原进行的。在这一年冬季里共进行了近50次飞行。为了解决转弯时失速的问题,他们把用于操纵机翼和方向舵的钢索分隔开来。这样既可同时操纵机翼和方向舵,也可单独操纵其中的一个,以便取得理想的机翼扭曲和方向舵的转动。经过这次改进后,“飞鸟”Ⅲ便完全能进行机动飞行,能倾斜、转弯,并能不费力地做圆圈和8字飞行。1905年10月5日,由威尔伯驾驶的一次最长时间的飞行,持续了38分钟,飞了38.6千米。
这些试飞的一个惊人的特点是,仍然没有引起新闻界真正的重视,虽然邀请了记者观看第一次试飞,但由于空气不好和发动机出了故障而未能飞成,因此被邀的记者们拂袖而去,认为这是白白浪费时间,结果是,当世界仍普遍对这些飞行一无所知的时候,当地农夫对“飞鸟”飞过头顶发出的声音却已习以为常,以致他们连抬头看都不看——这时,某些权威人士却仍坚持说:机械飞行是不可能的!
莱特的“飞鸟”故意设计成具有不稳定性的飞机,因此飞行员必须不断对它们进行操纵。“飞鸟”不具有像风标那样的自动稳定性,它的机身后没有装垂直尾翼和水平尾翼。这与早期先驱者,如凯利、佩诺和李林达尔以及莱特兄弟之后的大多数先驱者的设计思想是有明显区别的。
但是“飞鸟”Ⅲ是一架实用飞机,而且莱特兄弟确信“飞行器的时代终于来到了”。他们深信飞行器具有用在军事侦察上的可能性,因此,他们向美国陆军提供了他们的设计。他们得到的回答是,在用实际飞行表明能够进行平飞和能携带一名驾驶员的飞行器造出之前,当局是不会采取任何措施的!自然,这使已飞行三年的莱特兄弟感到莫名其妙,和英国政府的谈判,同样也进行的不顺利。
然而,1908年形势却急剧好转。2月美国(陆军)作战部终于同意去观看一次正式试验;3月达成了在美国制造莱特飞机的协议。
威尔伯通过在1905年制造的“老”“飞鸟”Ⅲ上进行的练习,重新熟悉了技术,然后返回法国,取出了留在勒阿弗尔的“飞鸟”,并在距勒芒南约8千米的于诺迪雷斯赛马场把它组装起来。8月8日进行了第一次公开表演。在随后的数天内进行了一些飞行,后来在附近的奥尔营练兵场又飞行了100次。
这次飞行成了全世界的头条新闻,并备受赞扬。“飞鸟”不仅打破了当时所有飞机的各项纪录,而且还表明莱特兄弟已经研制出一种能爬高、倾斜、转弯,并能进行平稳的圆圈和8字飞行的飞机。这架飞机和莱特兄弟的飞行技术,都远远超过当时欧洲在这方面的成就。
这次在法国进行飞行表演的是一架双座“飞行器”。该机是1907年和1909年间制造的约7架中的第一架。它的翼展约为12.19米,所装的一台22.07千瓦的四缸发动机驱动两副推进式螺旋桨,全机空重363千克,飞行速度56~64千米/时,尽管这架飞机通常采用莱特兄弟发明的起飞塔和落锤技术进行发射起飞,但它也可以独立地起飞。
在同一期间,奥维尔在迈尔堡美国陆军举办的对比试飞中同样取得了成功。美国陆军向不同设计者订购了三架飞机,但只有奥维尔的“飞鸟”交付了。在这架“飞鸟”在坠毁并摔死他的乘客之前,奥维尔用它进行了10次飞行,其中4次续航时间超过了一小时。
莱特兄弟的表演所产生的影响,非常惊人。欧洲的飞行员们很快认识到,“飞鸟”标志着巨大努力和精心计划的一系列合理试验达到了顶点。在欧洲没有一个先驱者尝试过像那样的飞行器。直到1908年初,欧洲的飞行员们才交了好运,能够使他们的飞机飞离地面几米高并在空中保持1分半钟。在进入这个阶段之前的五年中,他们由失败到部分的成功,盲目地摸索前进。
威尔伯的精彩表演令人信服地表明,横侧操纵是极其重要的,因此大多数欧洲先驱者开始在他们的飞行器上安装简单的副翼或采取机翼扭曲的方案。
在这些“飞鸟”之后又出现了莱特B型“飞鸟”,这种“飞行器”的一个特征是,终于取消了那种与众不同的前升降舵,因此新创办的《詹式世界飞机年鉴》形象地写道:“无头”式的莱特飞机已制造出来。这种B型“飞行器”还装有轮式起落架,这是它的另一个特征。
最后出现的莱特飞机是1915年的L型,它是单座军用侦察机,装有1台51.5千瓦的六缸莱特发动机。
这是一架具有精制外形的双翼机,两副机翼都装有副翼,但它并不比它的那些竞争者好。然而,荣誉之所以永远属于威尔伯和奥维尔,不仅是因为他们发明了第一架能够进行持续和可操纵飞行的有动力飞机,而且还因为他们使其欧洲同行走上了成功的道路。欧洲航空事业的发展,从1908年威尔伯的访问到一年后在兰斯举行的第一次航空大集会的这段短短的时间内确实是惊人的,而这些进展都是在莱特兄弟的直接影响下取得的。
然而,当年等待发明家的并不是一束束鲜花,而是无休止地诽谤和诉讼。