飞机发展史
二十世纪最重大的发明之一,是飞机的诞生。人类自古以来就梦想着能像鸟一样在太空中飞翔。而2000多年前中国人发明的风筝,虽然不能把人带上太空,但它确实可以称为飞机的鼻祖。
本世纪初在美国有一对兄弟他们在世界的飞机发展史上做出了重大的贡献,他们就是莱特兄弟。在当时大多数人认为飞机依靠自身动力的飞行完全不可能,而莱特兄弟确不相信这种结论,从1900年至1902年他们兄弟进行1000多次滑翔试飞,
终于在1903年制造出了第一架依靠自身动力进行载人飞行的飞机“飞行者”1号,并且获得试飞成功。他们因此于1909年获得美国国会荣誉奖。同年,他们创办了“莱特飞机公司”。这是人类在飞机发展的历史上取得的巨大成功。
1903年12月17日莱特兄弟驾 驶他们制造的飞行器员进行首次持续的、
有动力的、可操纵的飞行
1910年12月10日,在法国巴黎展览会上,有一架飞机在表演时坠毁。驾驶员被抛出燃烧的机舱。但是,这架飞机却引起人们很大关注。因为它使用的一台新型发动机。设计者就是飞机驾驶员本人,他是罗马尼亚人,名叫亨利·科安达,毕业于法国高等技术学校。他设计的发动机是用一台50马力的发动机使风扇向后推动空气,同时增设一个加力燃烧室,使燃气在尾喷管中充分膨胀,以此来增大反推力。这就是最早的喷气发动机。
本世纪30年代后期,活塞驱动的螺旋桨飞机的最大平飞时速已达到700公里,俯冲时已接近音速。音障的问题日益突出。前苏、英、美、德、意等国大力开展了喷气发动机的研究工作。德国设计师,奥安在新型发动机研制上最早取得成功。1934年奥安获得离心型涡轮喷气发动机专利。1939年8月27日奥安使用他的发动机制成He-178喷气式飞机。
喷气发动机研制出之后,科学家们就进一步让飞机进行突破音障的飞行,经过10多年之后这项工作终于被美国人完成了。
1947年10月14日在美国加利福尼亚州的桑格菲尔地区,贝尔公司试飞能冲破音障的飞机。上午10时一架巨大的B-29轰炸机,在机舱下悬挂着一驾造型奇特的小飞机起飞了。这架小飞机命名为X-1火箭飞机。X-1飞机装有4台火箭发动机,总推力2700公斤,使用的燃料是危险的液氢和酒精。当B-29轰炸机把它从空中放下的时候,它的4台火箭发动机相继点火,声如雷鸣。当飞机发动机启动1分28秒后,马赫数达到10,飞机达到了音速。这时X-1飞机的燃料几乎用尽,速度变得更快,达到马赫数106,这时的高度是13000米。尽管试飞成功,但由于X-1飞机不是靠自身的动力起飞升空,这个纪录没有被承认。
飞机的发明,使人们在普遍受益的情况下又产生了新的不满足。飞机起飞需要滑跑,需要修建相应的跑道和机场。这就带来了诸多不便,于是有人开始探索可以进行垂直起落的飞行器,通称直升机。
1939年9月14日世界上第一架实用型直升机诞生,它是美国工程师西科斯基研制成功的VS-300直升机。西科斯基原籍俄国,1930年移居美国,他制造的VS-300直升机,有1副主旋翼和3副尾桨,后来经过多次试飞,将3副尾桨变成1副,这架实用型直升机从而成为现代直升机的鼻祖。
世界上第一架使用型直升机
VS-300直升机诞生之后,影响巨大,尤其是从本世纪50年代开始,直升机的制造技术发展迅猛。50年代中期以前,直升机的动力装置处在活塞式发动机时期,此后就进入了喷气涡轮轴时期。旋翼材料结构技术也经历了几个阶段;40年代至50年代为金属木翼混合结构,50年代中期至60年代中期为金属结构,60年代中期至70年代中期为玻璃纤维结构,70年代中期以后发展成为新型复合材料结构。
本世纪20年代飞机开始载运乘客,第二次世界大战结束初期美国开始把大量的运输机改装成为客机。60年代以来,世界上出现了一些大型运输机和超音速运输机,逐渐推广使用涡轮风扇发动机。著名的有前苏联生产的安-22、伊尔-76;美国生产的C-141、C-5A、波音-747;法国的空中客车等。超音速运输机有英法联合研制的“协和”式和原苏联的图-144。然而,超音速客机的发展并不乐观。“协和”式飞机售价过高,影响效益,因而已于80年代停止生产。前苏联的图-144也因为同样的原因也在80年代停航。
第一架民航机
自从飞机发明以后,飞机日益成为现代文明不可缺少的运载工具。它深刻的改变和影响着人们的生活。 由于发明了飞机,人类环球旅行的时间大大缩短了。世界上第一次环球旅行是16世纪完成的。当时,葡萄牙人麦哲伦率领一支船队从西班牙出发,足足用了 3年时间,才穿越大西洋、太平洋,环绕地球一周,回到西班牙。19世纪末,一个法国人乘火车环球旅行一周,也花费了43天的时间。飞机发明以后,人们在1949年又进行了一次环球旅行。一架B—50型轰炸机,经过4次漂亮的空中加油,仅仅用了94个小时,便绕地球一周,飞行 37700公里。强中更有强中手。超音速飞机问世以后,人们飞得更高更快。1979年,英国人普斯贝特只用14个小时零6分钟,就飞行36900公里,环绕地球一周。在不到一天的时间里,就可以飞到地球的各个角落,这对于生活在20世纪以前的人类来说,难道不是一个人间奇迹吗?
A330-200空中客车
错综复杂的空中航线把世界各国连接起来,为人们提供了既方便又迅速的客运。早在本世纪20年代,航空运输就开设了定期航班,运送旅客和邮件。如今,空中航线更是四通八达,人们随时都会看见银色的飞机,如同一只大鸟,在蔚蓝的天空中一掠而过。对于现代人来说,早晨还在北京,下午已毫无倦意地出现在千里之外的另一座城市,这已经是十分平常的事了。而在20世纪以前则是不可思议的。从此,险峻的高山、一望无际的大洋再不会让人望而生畏。一只只银燕把不同地区的不同种族,不同肤色的人们紧密地联系起来。通过不断地交流,人们播种友谊,传达信息,达到相互沟通,相互理解和相互促进,共同推进人类的文明。
飞机的发明也使航空运输业得到了空前发展,许多为工业发展所需的种种原料拥有了新的来源和渠道,大大减轻了人们对当地自然资源的依赖程度。特别是超音速飞机诞生以后,空中运输更加兴旺。那些不宜长时间运输的牲畜和难以长期保存的美味食品,也可以乘坐飞机而跨越五湖四海,给世界各地的人们共赏共享。当年连贵妃娘娘都不易品尝的岭南荔枝,如今也出现在寻常百姓的家中了。
在人类向地球深处进军时,飞机也被广泛应用于地质勘探。人们使用装备了照相机或者一种称为肖兰系统的电子设备的飞机,可以迅速而准确地对广大地区,包括险峻而难以到达的地方进行测绘。把空中拍摄的照片一张张拼接起来,就可以绘制极好的地形图。这比古老的测绘方式要简便易行得多。就连冰天雪地、人迹罕至,一度只是探险人员涉足的北极和南极,现在乘坐飞机也可以毫不困难地到达。
美国F/A攻击机
当然,飞机在现代战争中的作用更为惊人。不仅可以用于侦察、轰炸,而且在预警、反潜、扫雷等方面也极为出色。在20世纪90年代初爆发的海湾战争中,飞机的巨大威力有目共睹。当然,飞机在军事上的应用给人类也带来了惨重灾维,对人类文明产生了毁灭性破坏。但是和平利用飞机,才是人类发明飞机的初衷。
新型飞机
空天飞机
空天飞机,即航空航天飞机,是一种兼具高超音速运输机功能和天地往返运输系统功能的可重复使用的有翼飞行器。它既能从机场跑道起飞,由能以高超音速穿越大气层进入宇宙空间,完成航天任务后再入大气层,在机场水平着陆,经过简单的维修后,短期内又可重返蓝天,可重复使用几十到几百次(图6-7)。
空天飞机具有一般飞机和航天器所没有的优越性: 首先,与普通运输机相比,它能够以更高速度在大气层上层或近宇宙空间机动飞行,大大缩短了远距离运输的时间。例如,德国“桑格尔”空天飞机由法兰克福经洛杉矶至东京仅需3小时15分,美国“新东方快车”由华盛顿至北京仅需2小时,而由欧洲飞到澳大利亚只要1小时。 其次,与以往的一次性使用飞船和多次部分重复使用航天飞机相比,空天飞机在重复性使用、机场水平起降能力、灵活机动性、可维修性、复飞间隔时间、发射操作费用等方面均有显著改进。所以,空天飞机有着非常广阔的发展前景。它不仅可以进行全球性的高超音速运输,而且可以像航天飞机那样,去执行各项航天任务。
21世纪,空天飞机将开创世界航空和航天运输的新纪元,成为翱翔于大气层与宇宙空间的骄子。
超音速飞机
世纪之交,美国能源部的国立劳伦斯•利弗莫尔实验室,公布了一种时速10720千米的特超音速飞机的崭新设计蓝图。
特超音速飞机沿着地球大气层边缘作“跳跃”飞行,就像小石块在水上弹跳。当飞机在爬升至近41000米高空时,刚好在大气层之外飞行,驾驶员随即关闭发动机,让飞机滑翔飞近大气层边缘,接着马上启动发动机,“跳回”大气层外。特超音速飞机将以10倍音速的速度翱翔,时速为10780千米。它的发动机采用半火箭、半喷气式,火箭用来获得高度,喷气则用于跳跃。特超音速飞机从美国中西部起飞,需要大约25次的“跳跃”,一个半小时后,即可飞抵日本,而目前从美国飞到日本的时间是10个半小时。
原子能航空母机
21世纪将开发一种重量轻、功率大的原子能航空发动机。装有这种发动机的多用途航空母机能在1.9万米的平流层中以6马赫速度飞行。航空母机沿着平流层,6个多小时就能绕地球飞一圈。通过地区性的飞机(内线飞机)和航空母机(外线飞机),世界上各个重要城市有机、高速地连为一体。从地面起飞的内线飞机飞进航空母机后,乘客不必再坐狭窄的座位了,而是可以在航空母机的豪华餐厅或游艺宫里度过愉快的空中旅行生活,到目的地的上空后再乘地区性飞机直达目的地。这个“不着陆飞行基地计划”,是航空产业界人士为了和陆上的“真空隧道磁悬浮超音速列车”相对抗而想出的雄伟计划。
地区性飞机的飞行距离只要能到达航空母机就行了,因此可少带燃料,在有限的载重中,可多运旅客和物资。原子能航空母机不用起飞和着陆,因而综合费用减少。另外,航空母机还起着宇宙开发基地的作用。从该基地,还可以起飞和降落定期的宇宙公共航班飞机或宇宙游览船,飞往新建的太空城市。
飞机的应用
飞机的发明在一定程度上改变了20世纪的人类历史。发明没多久,飞机便开始广泛应用于军事领域,执行侦察、轰炸、运输等多项军事任务。如今,掌握制空权甚至成为左右战争全局的关键,军用飞机的分类也更细,如歼击机、截击机、强击机、轰炸机、反潜机、侦察机、预警机、电子干扰机、空中加油机、舰载飞机及军用运输机,等等。
飞机也大量用于民用,已成为当今世界不可缺少的交通工具。此外,飞机还广泛应用于工业、农业、救护、体育等多种领域,如大地测绘、地质勘探、资源调查、播种施肥、森林防火等。
飞机的发明也使航空运输业得到了空前发展,许多为工业发展所需的种种原料拥有了新的来源和渠道,大大减轻了人们对当地自然资源的依赖程度。特别是超音速飞机诞生以后,空中运输更加兴旺。那些不宜长时间运输的牲畜和难以长期保存的美味食品,也可以乘坐飞机而跨越五湖四海,给世界各地的人们共赏共享。当年连贵妃娘娘都不易品尝的岭南荔枝,如今也出现在寻常百姓的家中了。
在人类向地球深处进军时,飞机也被广泛应用于地质勘探。人们使用装备了照相机或者一种称为肖兰系统的电子设备的飞机,可以迅速而准确地对广大地区,包括险峻而难以到达的地方进行测绘。把空中拍摄的照片一张张拼接起来,就可以绘制极好的地形图。这比古老的测绘方式要简便易行得多。就连冰天雪地、人迹罕至,一度只是探险人员涉足的北极和南极,现在乘坐飞机也可以毫不困难地到达。
经过近100年的发展,现代飞机已在外形、性能等多方面较莱特兄弟研制的飞机发生了重大改变,它集中应用了力学、热力学、喷气推进、计算机、真空技术等许多工程技术的新成就,不仅使飞行速度超过了音速,还使飞机的目标捕获、识别和跟踪、自动控制、全天候飞行及通信、导航等多方面性能大大增强,飞机的作战、机动和生存能力明显提高。