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世界科技全景百卷书: 飞天之翼 人类插翅上蓝天
遥远幻想 古代人类在艰苦的生活和生产中，在与自然作斗争中产生了飞行的渴望。翱翔的鹰、扑翼飞行的鸟和昆虫，甚至天空飘浮的白云，都足以引起人们对飞行的幻想。但在科学技术不发达的岁月里，这一愿望是无法实现的，因而产生了许多关于飞行的神话传说。这些传说不仅丰富了古代人类的社会文化，也孕育了后来航空技术的萌芽。 在众多的古代飞行神话传说中，以中国、古希腊、埃及、印度和阿拉伯地区最为著名，而且流传最广。有的流传于口头，有的记载于典籍，有的还反映在文学艺术作品中。 “嫦娥奔月”是中国妇孺皆知、流传甚广的神话故事。相传远古时代一位聪颖美丽的姑娘叫嫦娥，她嫁给了射日英雄后羿为妻。一天，因后羿射日有功，王母娘娘奖给他一葫芦仙丹妙药，说是两人分吃可长生不老，一人独吃可升天漫游。嫦娥按捺不住邀游天庭的好奇之情，偷吞了全部仙丹妙药。结果，药性发作，身体变轻，不由自主飘飘悠悠进了月宫。从此，她成为广寒宫里的仙女，从远古一直“活”到今天。 古希腊的神话中，也有代达罗斯父子飞向太阳的故事。建筑师代达罗斯和他的儿子伊卡洛斯为逃脱诺斯国王的囚禁，返回自己的故乡雅典，用蜡和羽毛为自己制造了翅膀，飞逃了出来，他们升空翱翔越飞越远。后来，儿子不听父亲的忠告，靠近了炽热的太阳，结果粘住羽毛的蜡熔化，羽翅燃烧，伊卡洛斯失去了翅膀，坠入大海，而代达罗斯却扇动翅膀成功地飞越爱琴海到达了目的地。 古人向往飞行，认为长了翅膀的东西就能飞行。人要是想飞，就应该学鸟的样子，也长出两个翅膀来。山东嘉祥出土的东汉武氏石室的石刻图画中，有长着两翼和四翼会飞的人；甘肃敦煌石窟里有隋朝的壁画，画着羽人的像。古代欧洲有身生双翅的飞人石雕。埃及神话中，也有类似的图像。在古亚述神话和希腊神话中还可看到会飞的牛和马。 2300多年以前，战国伟大诗人屈原把飞天的神话和传说写到他的著作里。比如，他在《离骚》中写道：“为余驾飞龙兮，杂瑶象以为车”，意思是我坐上飞龙拉的玉和象牙制成的车子。在《远游》中，他写道：在云中漫游，前面有风神给我开路。 这些动人的飞天梦幻，朴素地反映了古人对探索天空奥秘、揭示未来的神往。但是，在科学技术十分落后的时代，人们无所凭借，只能以神话来表达意原。不论梦幻多么动人，多么美妙，它终究是一个空想，一场虚无。 插翅难飞 在美国国家航空航天博馆的“飞行器”室里，有一块醒目的字牌：“世界最早的飞行器是中国的风筝和火箭。” 风筝发明于中国，至今已有近2000年的历史。传说风筝的发明人是刘邦的大将韩信。他把楚国军队困在垓下时，制造风筝，叫身材轻巧的张良坐着风筝，飞上天空，高唱楚歌，使歌声顺风传送到远处的楚营里，是为“四面楚歌”。风筝最初是为了军事需要而发明的。自汉朝以后一直到唐朝，风筝还是军用品。尔后才从军用逐渐转到游戏、娱乐。风筝在本质上是一种重于空气的飞行器，它是利用空气动力升空的原始飞行器，其飞行原理和现代飞机相似。它大约在14世纪传入欧洲，对飞机的发明有重要影响，可以说风筝是现代飞机的祖先。 人类飞行最早是受到动物，特别是鸟类飞行的启发。当时的人，以为只要插上带羽毛的翅膀，就可以像鸟儿一样自由飞翔。我国西汉末年的王莽时代，就有人做了尝试。据 《汉书·王莽传》中说：汉朝为了攻打匈奴，玉莽广泛征募有特殊技能的人。一天，来了一位打猎的青年，说自己会飞，可以从空中侦察匈奴。王莽说：好，那就请你飞起来让我看看吧。这位自称会飞的青年用大鸟的羽毛做了一副大翅膀，用绳子绑在两臂上，他的头和身上都披戴羽毛，把翅膀、羽毛用环和带子系住，只见他把两翼左右平伸，像老鹰一样，从高空滑翔下来，飞了几百步远。可惜，由于无法控制速度，他在落地时摔成重伤。这是我国史书上记载的最早的人力飞行试验，这位勇敢的青年可以算是近代滑翔机的创始者了。 大约过了一千年，到 1010年，又有一个叫艾莫的英国人也做了飞人试验。他在四肢上捆上羽毛做的两对翅膀，从教学的塔楼上飞身而下，他在空中滑翔了大约200米，在快落地时，一阵狂风吹来，吹折了他腿上的翅膀，结果他的飞行也以摔断双腿而告终。 以后，还有很多次类似的试验，可是他们无不以失败告终，直到17世纪80年代，科学家指出人类不可能用翅膀飞行的严峻事实后，这种冒险活动才逐渐销声匿迹。1680年，意大利人乔瓦尼·博雷利在《运动的动物》一文中阐明了人类生理上的局限性，指出人离开机器的帮助永远不可能在空中支持自己的体重。之后，一些人开始对飞行问题进行认真的研究。他们研究的问题首先是：空气是什么？人类怎样才能在空气中飞行？古希腊哲学家亚里士多德提出了空气有重量的概念，而阿基米德则发现了浮力的计算方法，奠定了轻于空气的飞行器的基本原理。我国东晋时代的道家葛洪在所著《抱朴子》一书中也指出，老鹰直伸两翅，并不扇动，反而能盘旋飞行，愈飞愈高，是由于上升气流的缘故。后来，到了13世纪，伽利略、罗杰·培根和帕斯卡等一批科学家经过研究证明：空气是一种气体，有弹性；高度越高，空气压力越小；而且冷空气具有下沉、热空气具有上升的性质。这时，关于空气的奥秘才变得明朗化了。 意大利画家达·芬奇是第一个对飞行进行科学研究的人。1490年他发明了“空气螺旋桨”。他在粗陋的螺旋桨状物体上扎上羽毛，做成一个能飞的小直升机模型。他正确推论出是空气流过鸟的翅膀才产生了升力，而且气流流过的速度越快，升力越大。但是，达·芬奇仍然受到他的前辈的影响，错误地坚持认为人只有模仿鸟儿才能飞行，从而把研究重点放在扑翼机上，企图通过扑打机翼来获得升力。直到晚年，达·芬奇才明白了这个目的是达不到的。 气球升天 当专家、学者和航空爱好者们忙于寻找如何解决扑翼飞行的办法时，人类征服天空的壮举在十分意外的情况下出现了。这是一个相当简单的装置，比起一项项优秀的扑翼机构来，完全不算一回事——这种装置就是“气球”。 这项光辉而鼓舞人心的工作是法国的两兄弟约瑟夫一米歇尔·蒙哥尔费和雅克—艾蒂安·蒙哥尔费进行的。他们在靠近里昂的阿诺奈有自己的造纸厂。他们偶然发现放置在炉火附近的纸箱似乎要向上浮起。通过这个现象，两兄弟产生一个想法：造一个大而轻的容器，里面装填相当体积的热空气，让它飘起来。从1782年9月起，他们进行了一系列的试验。 1783年9月19日，巴黎凡尔赛宫前广场人声鼎沸，蒙哥尔费兄弟做了一场轰动一时的表演，连法国国王路易十六也带着满朝文武来观看。广场上有一只用纸和布糊成的大气球，气球直径12米、高17米，模样像一个柄朝下的大鸭梨。气球下面吊了一个盆状的大柳条笼子，里面有三位光荣的“乘客”——一只鸡、一只鸭和一头羊。 兄弟俩点燃了放置在气球下面的柴禾等物，热气冲进了气球，于是气球缓缓上升到500米的空中。在激动的观众面前，这只气球用8分钟时间飞行了3公里后，安全降落在城外的草地上。 路易十六见状喜出望外，决定下次升空要作载人飞行。为防止意外，他提出让两名死囚先坐进吊篮。谁知，他的提议引起群情哗然，谁都不同意让死囚去享受人类第一次升空壮举的荣誉。经过激烈竞争，化学教授罗齐埃和陆军少校达尔朗德乘上了热气球。这个具有历史意义的时刻是：1783年 11月21日下午1点54分。 两人乘坐的热气球形状为椭圆形，直径15米，高22米。在几万名观众的欢呼声中，他们升上300米左右的天空，飞越了塞纳河，飞行25分钟后，他们安全降落在蒙马尔特。 这是人类历史上第一次气球载人飞行。 蒙哥尔费热气球不久便与17年前英国人亨利·卡文迪什发明的另一种使用氢气的易燃空气气球结合了起来。法国物理学家查理首先进行了这项实验。他研制出了以氢气代替热空气、产生浮力的气球，而且采用了在丝绸上涂橡胶的方法制成的气囊。1783年12月1日，他的氢气球从巴黎杜伊勒利宫起飞，平安地飞行了43公里，实现了首次氢气球载人飞行。氢气球的性能明显比热气球好，后来得到了迅速发展。 早期的气球主要用在军事上，首先是通信联络和侦察。1871年普法战争中巴黎被围，法国人曾用气球将人员和信件送出包围圈。第一次世界大战中，系留气球被广泛用来当作监视对方的空中平台。气球还曾用于防空和轰炸。第二次世界大战中，英国人在伦敦周围系留大量气球构成空中拦阻网阻止德军的轰炸机进入。现代高空气球还可以携带照相机和其它遥感设备，在一般飞机达不到的2万米以上高空进行空中侦察。50年代以后，由于其它侦察手段的发展，气球在军事上的应用价值大为减小。在民用方面，系留气球可用于在地形险要地区架设电缆、在林区集运木材。系留气球还可以在边远地区用作通信、电视广播的中继站。热气球多用于航空体育运动，竞赛项目有定点着陆、远距飞行、单位时间飞行距离、升空高度和续航时间等。在中国，高空气球探空研究工作开展得较晚，1979年以来已建立3万立方米级的高空科学气球系统。1984年还建造了最大容积为5万立方米、载重250千克的高空探测气球。近年来，气球被用作广告宣传的也逐渐增多。 仿鸟滑翔 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。 原始空战 第一次世界大战初期，飞机主要是担负侦察兵的任务，因此飞机上都没有装备武器。最初的空战宛如儿戏，交战双方在空中相遇，有时挥挥拳头以示敌对，有时互扔砖头吓唬对方。 俄国飞行员涅斯捷洛夫想象力奇特。他在自己的飞机后部装上一把刀子，用以划破敌人飞艇的蒙皮，后来他又在飞机尾部装上一条带重锤的钢索，准备从敌机前飞过时，用钢索把敌机的螺旋桨缠住。上尉卡扎科夫则更胜一筹，他采用了一个别致的装置——在飞机下部安装一个抓钩，抓钩上还连有一个雷管，从敌机上方飞过时，用抓钩将敌机钩住，钩住的瞬间雷管会发生爆炸，以此来消灭敌机。还有的飞行员，则拔出随身携带的手枪，向敌机驾驶员射击。当然，命中率极低。更为可笑的是，用飞机去撞敌机，也成了最初空战时，驾驶员气急之时的一种“战术”。1914年涅斯捷洛夫驾机在空中与一架奥地利侦察机相遇，涅氏拔出手枪向奥机开了两枪，一枪打空，另一枪射入奥机机身，但并不是要害之处，也未影响飞行，涅氏还想射击，不料手枪却卡了壳。奥机驾驶员得意地朝涅氏笑了笑，当时飞机的速度都较慢，奥机驾驶员的表情被涅氏看得清清楚楚。他驾着飞机猛地朝奥机冲了过去，结果起落架的轮子一下子撞在奥机的螺旋桨上，奥机的发动机突然停转，飞机向地面坠去。这类事情在当时并不少见。 是法国飞行员首先把机枪带到了飞机上，机枪装在活动底座上由观察员操纵。1914年10月5日，法国飞行员约瑟夫·弗朗茨和机械员兼观察员卡波拉尔·凯诺中士驾驶一架法制“瓦赞”飞机巡逻，发现一架德国双座飞机正在侦察法国防线，弗朗茨逼近这架入侵飞机，经过短暂的空战，成功地用机枪击落了敌机。这就是航空作战史上第一次真正的空战。 随着第一次世界大战的展开，空战变得更为激烈了。交战双方都在研制专门用于空战的战斗机。然而机上的机枪置于何处，却成了一个令人头痛的事。如果把它安放在机头上，那么射出的子弹往往会打坏自己飞机前部的螺旋桨；如果把它放在两翼上，既影响瞄准又影响飞行。 1915年4月1日，四架德机与一架法国飞机遭遇，德机飞行员看到法机的机翼上没有机枪心中窃喜，以为可以以多欺少占一把大便宜。谁知，法机突然从螺旋桨中喷出一条黄色的火舌，一架德机立即朝地面栽去，德国飞行员还没反应过来，又一道黄光射出，第二架德机又命归黄泉。这个杰作是法国飞行员罗朗·加罗斯创造的，他驾驶的这种带有固定机枪的莫拉纳一索尔尼埃L型战斗机在16天里击落了5架德机，他成为法国也是世界上第一个“王牌飞行员”，他的飞机也因此名声大振。 德国人实在难以相信这魔术般的攻击，因为常识告诉他们，无法让子弹从旋转的螺旋桨中射出，而不击中木制的桨片。直到一架法国飞机由于故障迫降在德国占领区，德国人才搞清楚了其中的秘密。 原来加罗斯把机枪装在飞机座舱前面，透过螺旋桨向外瞄准，而面向枪口的桨片上则用钢片包住，这样就有可能使击中桨片的子弹改变方向，从而部分地解决了机载机枪前射的问题。 为德国人工作的荷兰工程师安东尼·福克对迫降的飞机进行了仿制和改进，很快就“青出于蓝而胜蓝”，他发明了机枪协调器，用螺旋桨来控制机枪的射击，当桨片挡住枪管时，机枪便停止工作，反之，则机枪可以大胆地狂射。德国人很快就把机枪协调器安在了福克飞机上，它攻击力强、命中率高，比法机技高一筹，在空战中屡屡获胜，打得协约国空军闻风丧胆，造成了恐怖一时的“福克式灾难”。 百机斗天宫 你听说过从飞机上用手向下扔炸弹的事？听起来的这种事很可笑，可这事发生在1911年，还是件具有重大军事意义的大新闻。11月1日，在意大利、土耳其战争中，意大利军队动用了飞机，意军飞行员朱里奥·加沃蒂驾驶一架“鸽”式单翼机向土军阵地投掷了4枚各重2千克的炸弹。当时飞机上既没有挂弹架，也没有弹舱。炸弹就放在飞行员的座位旁，一旦需要，就用手往下扔。这样的轰炸根本炸不到目标，几乎没有多少作用，但却可以从声势上威震一下对方。土耳其的骑兵队就被这种突如其来、从天而降的轰炸吓得四处逃散。 1914年8月3日，德国派飞机轰炸了法国的一座城市，这是世界上第一次飞机对城市的轰炸。 随着飞机轰炸威力的影响，英、法、德、意大都开始生产专门用于轰炸的飞机。到1918年，轰炸机的生产已趋于成熟，最大的轰炸机可载炸弹2吨，飞行高度6000米，速度可达180公里/小时。1921年，美国进行了一次轰炸机投弹表演，目标是海上一艘被缴获的德国战舰。当时出动了8架轰炸机，每架载弹8枚，它们轮番轰炸，虽然只有5枚炸弹命中了战舰的两侧甲板，但不到半个小进，德舰便沉入了海底。 第一次世界大战期间，能对地面进行攻击的强击机也开始崭露头角。当时，一些装上机枪的战斗机飞行员，常常从低空掠过敌方阵地或战壕，用机枪狂扫地面，大量杀伤敌方士兵。英、法联军曾用飞机对德国的地面部队进行攻击，大大压制了德军地面进攻能力。后来德国飞行也仿效此法，以其道还治其人之身，组织了作战飞行小队，专门执行低空攻击任务，对联军的战壕实行扫射。为了加强对地攻击，同时又防止地面的火力伤害飞机，德国专门设计了一种带有装甲的飞机，它的机身金属制造，飞行员的座舱周围有5毫米厚的钢板保护，机腹下安装有机枪，这种飞机以设计师名字命名为“容克斯” D.11，该机1918年正式投入使用，成为强击机的“鼻祖”。 到第一次世界大战停战时，飞机还不满15岁，而战争的锻炼却使它从少年一跃而成强壮的中年人。 原来只有几个人用木材和蒙皮拼拼凑凑制造飞机的分散工棚，已变成不断向四周扩展的工厂。在四年战争中，法国共生产了51000架飞机，英国生产了55000架，美国生产了15000架，意大利生产了12000架，德国生产了47000架。大战结束时，许多国家建立了专门的航空科研结构和航空工业，世界上已有200多个飞机厂和80个发动机厂，共生产了183000多架飞机和235000多台发动机。 飞机的性能也有显著的提高，飞行速度由100公里/小时提高到256公里/小时，飞机升限由4200米提高到8810米，飞行航程加大到1900公里。飞机的结构和动力装置都有了较大改进，出现了许多先进的设计，其中有悬臂式机翼和金属机身等。最具有重大意义的是飞机发动机的发展，有了各种新式的发动机，飞机才有可能做得更大，装载更多。 两次大战之间，在航空发动机方面的重要技术成就是：发展了星形气冷发动机；采用高辛烷值燃料；发展了发动机增压器，改善了发动机的高空性能以及发展了变距螺旋桨，满足了不同状态下对发动机工作性能的要求。 在机体设计和材料方面，出现了收放式起落架、NACA整流罩、全金属应力蒙皮结构和屈服强度较高的铝合金等重大技术成就。 在飞机操纵方面，采用了高升力装置和自动驾驶仪，改进了起飞、着陆性和飞机操纵性能。上述重大技术成就为两次大战之间在高度、速度和航程方面的创纪录飞行奠定了基础。 在上述重大技术成就的支撑下，两次大战间出现了一系列创纪录的飞行，世界航空史上呈现出一个群星灿烂的时期。 1919年6月14日～15日，英国人约翰·阿尔科克和阿瑟·惠腾·布朗架机从纽芬兰起飞，经16小时27分，行程3032公里，在爱尔兰着陆，首次中途不着陆飞越了大西洋。 1927年5月21日，美国人查尔斯·林白驾机从纽约起飞，飞行5778公里，历时33小时39分，到达巴黎，创造了单人从美洲大陆不着陆飞越大西洋，直抵欧洲大陆的记录。 1924年4月6日～9月28日，美国洛尼尔H.史密斯上尉和莱斯利P.阿诺尔德中尉驾驶的“芝加哥”号飞机与埃里克H.纳尔逊中尉和约翰·哈丁中尉驾驶的“新奥尔良”号飞机首次完成分段环球飞行，历史175天，飞行时间371小时11分，飞行距离44340公里。 1927年10月14日，迪厄多内·科斯泰和约瑟夫·勒布里克斯从塞内加尔的圣路易斯起飞，经19小时50分，行程3420公里，飞抵巴西的纳塔尔，首次不着陆飞越南大西洋。 1931年10月3～4日，克莱德·潘伯恩和休·赫恩登架机从日本起飞，历时41小时13分，飞行7184公里，抵达美国华盛顿的韦纳奇机场，他们首次成功地不着陆飞越太平洋。 1926年5月9日，理查德E.伯德和弗洛伊德·贝内特驾机首次成功地飞越北极。 1929年11月29日，伯德、伯恩特·巴尔肯、阿什利·麦金利和哈罗德·琼首次飞越南极。 1929年1月1～7日，卡尔·斯帕茨、埃拉·埃克驾驶C—2型飞机，在C—1型飞机空中加油的支援下，创造了150小时40分15秒的续航时间世界纪录。 在飞行速度方面，1927年英国皇家空军使最大飞行速度达452公里/小时，1929年提高到529.公里/小时，1931年达到547公里/小时；1935年9月，美国陆军航空队将最大速度进一步提高到566公里/小时。1939年，德国空军特制创纪录飞机Me—209V1（不能实战）创造了二战前的最高速度纪 鹰击长空 任何一种兵器，在它正式与公众见面前，都有很长一段隐秘而坎坷的研制、生产时期。说它隐秘，因为人们很难看清它的最终面目；说它坎坷，因为“一帆风顺”几乎没缘。飞机的一生，也充满了隐秘而坎坷的色彩。 当年莱特兄弟的“飞机”是在一台半旧的机床上用手敲打出来的。今天的飞机，可幸运多了。它在“预行研究”的母腹里初定胚胎；又借缩比模型在风洞里确定外形；依靠各种试验检验它的四肢五脏、强度和寿命；电子计算机为它选定最佳“红妆”。飞机的各个部件分在许多专业的工厂生产，最后在一家大工厂进行总装，成品飞机还要经过试飞才能正式飞行。通过一系列的“孵化”，当飞机从“机窝”里起飞时，他已是充满青春活力的健壮雄鹰了。 航空研究 一架新飞机从孕育到诞生要经历研究、设计、试验和试制、生产、改进发展等很多阶段，每个阶段都有大量工作要做。 航空研究，便是飞机经历的第一个阶段。 航空研究分为基础研究、应用研究和预先研究等几类。基础研究是探索与航空有关的自然规律、扩大人类知识的活动，如超临界流动现象的发现。基础研究的成果多以学术论文形式发表，不针对具体产品，而有普遍意义。应用研究指探索基础研究成果用于发展航空技术的可能性，往往可以产生新的设计概念和设计方法，产生新技术、新材料和新工艺。例如，应用超临界流动的理论研究超临界翼型。应用研究的成果多以经过实验的研究报告形式发表，或者提出原理验证样机或样件。预行研究的主要任务是验证应用研究成果用于产品研制的技术可行性，为产品研制预先做好技术储备，从而可以减小新产品研制的技术风险，大大缩短研制周期。例如，根据超临界翼型研制出超临界机翼并装到现有的飞机上进行实用化研究。 开展各种研究工作，特别是预先研究，需要较多的经费和各种试验设备，还需要一定的试制力量。 世界上有很多知名的航空科研机构，如美国的国家航空航天局（其前身是1915年成立的国家航空咨询委员会）、前苏联的中央流体动力研究院、英国的皇家航空研究院、法国的航空航天研究院和中国航空研究院，它们都为各自国家以至全世界航空技术的发展做出了重要贡献。 1915年3月，美国国会通过一项法案，决定建立航空咨询委员会，1958年改组为国家航空航天局 （NASA），对促进美国航空技术及后来航天技术的发展、确立美国在世界航空航天领域的领先地位发挥了不可估量的作用。两次大战之间，NASA开展的科学研究为美国在二次大战中拥有先进的航空装备奠定了基础，战时使用的大部分飞机是战前或战争初期设计的。1943年美国海军部长诺克斯说：“完全是由于NASA所奠定的基础，海军才可能拥有‘海盗’、 ‘野猫’、‘恶妇’这样一大批著名飞机，它们都应用了NASA研究出来的翼型、冷却方法、高升力装置，使海军在对付日本海上扩张中取得巨大胜利。”战后，NASA为了推进航空技术的发展，探索和解决技术发展中的关键问题而研制了许多种研究机，通称X系列飞机，对解决超音速飞行（X—1）、钛合金应用 （X—3）、后掠翼（X—4）、变后掠翼（X—5）、垂直起落（X—13，X—14）、高超音速飞行（X—15）、前掠翼（X—29）、空天飞机（X—30）、过失速飞行（X—31）等发挥了重要作用。近年来，NASA工作重点虽然已经转移到航天技术方面，但发展航空技术仍是它职责的一部分，在诸如超音速飞行、变后掠翼、节能发动机、垂直起落飞机、附面层控制、减轻阵风影响、避免涡流、防止飞机结冰、改进通用航空技术等方面开展大量的工作，走在世界航空界的前列，使人类飞行的愿望越来越成为普遍、安全、经济的日常生活的一部分。 新中国的航空工业从修理飞机起步，后来通过产品仿制，熟悉工艺过程，处理各种生产技术问题，掌握制造技术和检验、计量技术，根据产品性能检测的需要，相继建立理化试验室、静力试验室、试车和其他试验设施。经过45年的努力，在自行研制几代飞机的过程中，逐步建立了初具规模、专业门类基本齐全的航空科技体系，在空气动力学、飞机结构强度、飞行研究、发动机技术研究、主动控制技术、武器火力控制、电子综合技术、材料和制造工艺等领域做了大量工作，取得可喜的成果。 飞机红妆 设计是完成用于飞机制造和使用所需的全部图纸和技术文件的过程。随着计算机的广泛应用，有可能出现完全不依赖图纸传递信息的新型设计程序。 设计飞机首先要根据飞机的具体用途，对性能指标和技术要求进行可行性论证。军用飞机的性能指标和技术要求一般由军方提出，民用飞机的性能指标和技术要求则主要根据市场的需求来确定。军用飞机的指标和要求主要有任务和作战对象、速度、航程、武器配置、典型作战剖面、机动能力、最大过载等；民用飞机的设计指标和技术要求包括用途、装载量、乘客数量、航程、速度、经济性、寿命等。 飞机的设计过程大致包括方案设计、打样设计和工作设计三个步骤。 方案设计是制定飞机总体方案，给出飞机的三面图和总体布置草图。主要工作内容包括：选定飞机的型式及其主要参数和几何尺寸，选定发动机及其他设备，选定飞机各主要部件的大致构造型式，选定主要系统的型式，进行飞机的初步飞行性能估算和稳定性、操纵性估算，进行各主要部件的强度估算。在方案设计过程中，要进行大量的风洞吹风试验，最后才能把飞机的总体布局确定下来。 打样设计的任务是在全面开展工作设计之前深入地检查总体设计中存在的问题，力争把问题解决在地面上。在这个阶段，要制造和真飞机尺寸相同的木质样机。 工作设计又叫详细设计，主要任务是根据确定的方案和打样设计的结果，完成零件制造和部件、系统、全机装配的工作图纸和生产验收的技术文件。根据工作设计的成果，可以开始原型机试制。 在上述三个设计阶段中，往往穿插进行大量的试验。 70年代以来，在航空工业部门广泛应用计算机辅助设计技术，即把计算机的快速运算、严格的逻辑判断和准确可靠的数据处理功能与设计人员的创造性思维能力结合起来，变传统的以经验为主的实验设计为计算机分析为主的优化设计。在计算机辅助设计中，首先由设计人员提出设计方案的设想，井将设计参数和图形等初始信息输入计算机。计算机接给定的程序进行分析计算，通过显示装置给出结果。若设计人员对结果不满意，可以用光笔在显示屏上进行修改，直到满意为止。最后，设计结果由计算机控制的各种设备制成图纸和控制带。应用计算机辅助设计，可以显著缩短设计周期，提高设计质量和降低成本。 波音777是号称第一种“无纸设计”的飞机，据说一次把几万张“图纸”、3.5万亿位的数据输入到大约1700台计算机工作站，这些工作站再与8台大型IBM计算机主机联网，通过彩色三维技术进行全数码设计。这种方法赢得了时间，争取了速度，提高了飞机的精度。 空中金刚 1952年5月2日，一个晴朗的下午，蜂拥的人群聚集在伦敦机场，兴奋地目睹了世界上第一架喷气式客机——英国的“慧星”号客机的首航。飞机速度800公里/小时，从伦敦飞到罗马只用了两个半小时，一个旅客可以在伦敦用早餐，到罗马吃午饭，日落前又可以舒舒服服地回到伦敦家中，一天当中两度横越大西洋，这在当时简直是个不可思议的奇迹。于是“慧星”号的订座排满了几个月，许多民航公司争购这种奇迹飞机。一时间，“慧星”热遍全球，光照欧、亚、非。可是好景不长，在“慧星”号飞行一段时间后，不幸的灾难接二连三地降临。1954年1月10日，一架仅飞3000小时的“慧星”号满载旅客从远东飞往伦敦，突然一声巨响，飞机莫名其妙被炸得粉碎，残骸落入意大利厄尔巴岛。4月8日，又一架“慧星”号从罗马机场起飞，在地中海上空又解体坠毁，机上旅客和机组人员21人全部死亡。后来英国政府派舰队到海里打捞飞机残骸进行研究，终于发现飞机爆炸的元凶是金属“疲劳”。 由于前车之鉴，新生产出来的“慧星”号客机经受了极其严格的材料应力试验，检验官们让它接受了相当于飞行80年的试验，才终于同意它重飞蓝天。 重温“慧星”号的历史，足见各种试验对于飞机的极端重要性。 试验是把样品置于实际使用状态或接近实际使用状态下，观察其变化和结果以鉴定其性能是否满足要求而进行的技术实践活动。在航空产品研制过程中，需要对新设计的整机、部件、分系统等进行大量的综合性试验，如飞行试验、全机静力试验、全机疲劳试验、发动机高空模拟试验、导航和操作系统模拟试验等。通过试验可以比较逼真地检验产品是否达到预期的设计要求。 风洞试验是飞机外形设计不可缺少的手段。把飞机实物或缩比模型放在产生人工气流的管道装置里，能观测流体与物体之间的相互作用。风洞在空气动力学研究和飞行器研制中起着十分重要的作用。飞机、导弹、卫星、运载火箭等飞行器，从预先研究到外形选择，从设计定型到性能校核，其间所涉及的空气动力试验均可在风洞中完成。风洞有开路式和回流式，按气流速度分为低速、亚音速、跨音速、超音速和高超音速风洞。全世界的风洞总数达千余座，最大的低速风洞是美国国家航空航天局艾姆斯研究中心的风洞，试验段尺寸为 24.4米×36.6米，足以试验一架完整的真飞机。 为了迅速发展我国航空航天技术，在周恩来总理、聂荣臻元帅等老一辈革命家亲自指导关怀下，我国在四川绵阳相继建成许多座高速风洞、低速风洞、激波管风洞、热结构风洞，电弧风洞等，成为中国第一、亚洲最大、世界屈指可数的风洞群。 为检验新飞机是否达到结构设计标准，要对全机及其部件进行一系列结构试验，也称强度试验，验证飞机结构或部件，在载荷和环境条件下的状态和耐受能力。按试验内容的不同，又分为静力试验、动力试验、疲劳试验和热强度试验等。在航空发展初期，人们对飞机结构最关心的是承载能力，结构试验以静力试验为主，只进行少量的动力试验，如发动机架振动试验和起落架落震试验。从二次大战后，为了解决颤振问题，动力试验受到重视。前面提到的50年代英国“慧星”号喷气式客机因疲劳问题连续几次失事后，疲劳试验开始占有重要位置。在最终验证试验中，一般需要用两架飞机分别进行全机静力破坏和全机疲劳试验，虽然试验费用浩大，但对大型飞机几乎仍进行破坏试验。试验时的载荷条件需要用多点协调加载系统，需要庞大的试验室和复杂的试验设备。先进的测试设备多用电子计算机进行数据采集和处理。 飞行试验是把未来在新飞机上使用的设备或系统在经过改装的飞机上试飞，取得在真实的飞行环境下工作的数据，作为判定设计质量和进一步改进设计的依据。为节省经费，还要用装有专门记录仪器和遥探、遥测装置的模型飞机进行各种试飞，模型飞机可以从飞机、气球或高建筑物上投放，也可用火箭动力发射或从地面起飞。 推进系统地面台架试验和高空模拟试验，前者是在地面台架上对发动机的性能、结构强度、环境适应性、循环寿命等一系列内容进行的试验；后者是在地面高空模拟试验舱（简称高空台）中对推进系统进行模拟各种飞行状态（飞机高度、速度、飞行姿态……）下的稳态和瞬态试验，目的是鉴定推进系统在整个飞行包线内的性能、稳定性和工作可靠性，确定整个推进系统的发展潜力；分析和研究推进系统的使用故障。 1995年11月，我国在四川江油中国燃气轮机研究所建成一座航空发动机高空模拟试车台，经国家一次验收合格，正式投入运行。该试验台是一项投资大、技术复杂的系统工程，它的建成结束了我国没有大型连续气源高空台的历史，使我国成为世界上继美、俄、英、法等国之后拥有这种大型试验设备的第 5个国家，为我国独立自主研制航空发动机打下了至关重要的基础。 环境试验是检查飞机、发动机和各种附件、设备在各种使用条件下的工作性能，包括在寒冷和炎热地带、高原地区、海上空域的试飞，发动机在低温和高温下的起动试验，结冰、防冰和雷击试验，腐蚀敏感性试验，外物吞咽试验，电子设备的抗干扰能力试验等。例如欧洲空中客车工业公司生产的A310飞机为取得俄罗斯适航当局颁发的适航证，要进行补充冷冻试验，办法是飞机在西件利亚地区——54℃温度下，停放16小时冷透后，飞行一次，连续做三次。 弹射救生试验是检验弹射救生装置的性能和研究弹射救生时人体生理问题的试验，包括地面弹射试验、空中弹射试验、座舱盖抛盖试验等。地面弹射试验可以在火箭滑车和地面弹射试验台上进行，空中弹射试验则在弹射试验飞机上进行。一般用假人或动物弹射，必要时也由真人进行弹射试验。 俄罗斯K—50“噱头”武装直升机上先进的弹射救生系统历经七年的研制、试验才获得成功。当直升机无法挽救时，飞行员立即启动旋翼桨叶叶根处的爆炸螺栓，6片桨叶顿时脱离桨毂飞散，紧接着座舱盖脱开了飞机座舱，飞行员连同座椅一起弹出座舱。美国的许多战斗机上使用了美国道格拉斯飞机公司生产的弹射座椅，从1979年开始使用到1992年9月，已挽救了200多名飞行员的生命。 研制弹射座椅的试验中，有一项是地面有速度弹射试验，这种试验一般要在火箭橇滑轨上进行。1993年6月，我国在襄北平原建成国内第一条、也是亚洲唯一的火箭橇滑轨，结束了我国22年来一直借用普通铁路支线做高速地面模拟试验的历史。该火箭橇滑轨是两条类似于直线铁路的平行双轨，由重型钢轨焊接而成，全长3132米，精度达±0.2毫米，最大速度可达413米/秒，与滑橇、测试设备共同构成火箭滑橇试验系统，是研制弹射救生系统必不可少的设备。 天线试验是在微波暗室（也叫微波无反射室）里测试天线或飞行器 （飞机、导弹、卫星等）的天线方向图、雷达罩性能、雷达目标散射截面及无线电系统的性能。微波暗室用锥形微波吸收材料铺设室内各壁面，吸引人射到壁上的电磁波能量，以便达到在室内某个空间建立一个接近自由空间状态的无反射区（静区），减少测试场地各种障碍物的反射及外界电磁干扰信号对天线的影响，提高测量精度。 初练身手 详细设计完成之后便可制造第一批试验用的飞机，叫原型机。原型机的数量根据采用新技术多少、费用、进度等多种因素确定，至少3～4架，多时达一二十架，其中1～2架用于全机静力和疲劳试验，其余用于试飞。 试飞分若干类型。在制造厂里进行的是调整试飞，由工厂自己的试飞员试飞，经过试飞暴露问题，并通过不断修改设计，使其达到设计要求，为鉴定试飞作准备。新型发动机、机载设备，一般先在专门的试验机上进行调整试飞，待其达到一定要求后，再将其和新飞机匹配试飞。 工厂的调整试飞结束后，由国家飞行试验中心组织鉴定试飞，以确定其是否达到预定的战术技术指标和使用要求。鉴定试飞合格的飞机再交给使用这种飞机的部队组织使用试飞。目前有的国家正在对原来的试飞程序进行改革，逐步将调整试飞、鉴定试飞和使用试飞的某些内容结合在一起，军方及早介入制造厂商的试飞工作，达到减少重复、缩短周期、节约经费的目的。 对民用航空器，为确保使用安全，各国适航当局如美国联邦航空局、英国民用航空局，前苏联民用航空飞行安全国家委员会等，对航空器的设计、生产、使用、维护等各个环节都制定了适航标准。新飞机为取得型号合格证，需要按适航条件的要求组织和完成适航飞行计划。以欧洲空中客车工业公司研制的A340大型客机为例，为了取得由18个国家联合组成的欧洲联合适航当局的认可，自第一架A340于1991年10月25日首次飞行到1992年12月取证止，6架飞机在14个月时间里飞行700多架次、累计2300多小时，进行了各种试验，包括最后用2架飞机进行了途经35个城市、累计260小时的远程航线验证飞行。 |
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