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仿鸟滑翔_航天科技

2020-02-10 航天科技

仿鸟滑翔_航天科技  
在飞艇发展的鼎盛时期,飞机的倡导者们仍在顽强地工作。对他们来说,仅仅给飞艇装上发动机还不能令他们满意。飞艇没有像鸟一样的外形,还不是人类征服天空的理想交通工具。
 
今天的人们如果回眸凝望当年航空先驱们的杰作时,不免会忍俊不禁。他们设计制造的飞机怪模怪样,有的像蝙蝠,有的像带鸟尾的飞虫,有的像大一点的风筝,还有的简直就是怪物。尽管如此,你不得不佩服他们的勇气、精神和智慧。
 
1804 年英国人凯利爵士建造了一架约 15 米长、固定翼上反角为 6 度的极小型滑翔机。它的十字形水平安定面由活动连接部件与机身相固定,通过移动沙袋来调整重心。1809 年,他又造了一架稍大一些的滑翔机,1849 年,他把佣人的 10 岁儿子放在自己牵引的一架全尺寸滑翔机里进行了试验。1853年,第二架滑翔机又从一座山顶起飞了,这次驾驶员是他的马车夫约翰·阿普尔,滑翔机滑翔了 10 来米后坠毁。这位马车夫受惊不浅,事后他对凯利说:“求求您,老爷,我希望您还记得,小人是受雇来驾马车,而不是来驾飞机的。”
 
凯利的重要著作《空中舴》于 1809~1810 年出版。在该著作中,论述了空气动力原理及其作用和应用,奠定了固定翼和旋翼机的基础。他指出,肌肉力量远不足以用于机械飞行。他的结论是,对于飞行来说,目前欠缺的唯一部件是内部燃烧的发动机,只要有了它,古老的梦想很有可能会成为现实。到 19 世纪过了四分之三的时候,最大的问题仍然是动力装置。当时唯一能提供推进能量的方式就是采用蒸汽机,而蒸汽机的重量,包括锅炉和燃料,
 
比飞机本身大得多。虽然如此,人们还是用蒸汽机做了许多勇敢的尝试。像法国的克莱蒙·阿代尔制造出两架蒸汽动力的全尺寸飞机,一架取名“风神”,另一架叫“飞机”,据称后者曾飞离地面几英尺。另一位法国海军军官费利克斯·迪唐普尔,在 1874 年试验了他的装蒸汽发动机的单翼机。他从一个斜坡上起飞,离开了地面,无控制地飞行了 10 米。1881 年,沙俄海军上校亚历山大·费·莫扎伊斯基试飞了他自己设计的蒸汽动力单翼机。然而,这大量的研究工作和无数的试验飞行只搞清了两件事情:蒸汽发动机对于机械飞行来说并不是合适的动力装置;获得推力的最佳手段是螺旋桨。
 
1862 年,法国德罗埃提出了近代四冲程内燃机的工作原理。根据这一原理,1876 年,德国人尼古拉斯·奥托制成了往复活塞式、单缸卧式四冲程内燃机。1880 年,德国人戈特利布·戴姆勒研究出烧汽油的发动机,不久这种发动机被首先用于车辆,并为早期飞机的试验、制造和发展,奠定了动力基础。
 
在活塞发动机使飞机成为现实之前,还需要解决最后一个问题,即机翼问题,也就是飞行控制问题。
 
由于早期的飞机设计师们拘泥于模仿鸟的形状,因此设计时很自然地只想到单翼机的形式。有时,他们甚至固执地把飞机前部做成鸟的头和嘴的模样。然而,到了 1860 年,一位英国科学家弗朗西斯·韦纳姆提出了双层机翼飞机的设想,这是一种不必增加翼展就能增加的机翼面积的方法。他还证明了有弯度的翼型比平直翼型的性能好得多。对机翼外形和翼型的实用研究是由一位英国人霍雷肖·非利普斯进行的,他用一个原始型风洞和他自制的“活动百叶窗”系住飞机进行试验。通过这些试验得到的数据,他获得了“较小  
弯度”翼型的专利,这种翼型比当时采用的翼型产生的升力大得多。
 
19  世纪临近结束的时候,经过长斯探索终于迎来了飞机的成功。德国人奥托·李林达尔成为第一个在重于空气的飞行器上飞行的人,尽管他的飞行器上没有安装发动机。他和他的弟弟古斯塔夫先后制造了 18 架外形模仿鸟的载人滑翔机。李林达尔总共做过 2000 多次成功的悬挂滑翔飞行试验,有几次还完成 180 度的转弯。他的滑翔机是简陋的,必须通过移动身体的重心来进行操纵,但它却是第一架可操纵的飞行器。李林达尔兄弟对鸟类的研究比前人更为科学。前辈们仅仅指出了鸟类飞行的一般原理,而李林达尔在 1889 年出版了著名的《鸟类飞行——航空的基础》一书,他分析了鸟翼形状和结构,弄清了鸟在飞行中翅膀是怎样挥动的,怎样改变上反角以保持更好的稳定性,怎样改变弯度以获得更大升力,需要多大的升力才能克服已知的重量等。尽管后人证实他的一些理论有错误,但这本书仍然被认为是一部伟大的航空经典著作。1896 年 8 月 10 日,李林达尔在一次飞行中遇难,年仅 48 岁。