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科技資訊

萊特兄弟發明飛機的故事

時間:2019-03-24 22:37:00   作者:   來源:   閱讀:4   評論:0

    是誰發明了世界上第一架飛機,創造了人類航空史的驕傲?是萊特兄弟,是他們首次代表人類飛上藍天。“飛行者”號是萊特兄弟發明創造的,在它身上,凝聚了此前眾多航空先驅的心血和對航空事業的偉大貢獻。萊特兄弟,指的是維爾伯·萊特(圖15-3)和奧維爾·萊特(圖15-4),兩位美國發明家,飛機的制造者。他們于1903年12月17日首次完成完全受控制、附機載外部動力、機體比空氣重、持續滯空不落地的飛行,因此“發明了世界上第一架飛機”的成就就歸功于他們。

萊特兄弟發明飛機的故事

  圖1 維爾伯·萊特      

萊特兄弟發明飛機的故事

  圖2 奧維爾·萊特 


少年時代的萊特兄弟

    萊特兄弟幾乎在懂事的時候就對機械產生了濃厚的興趣。成年后的奧維爾每當向別人回憶自己童年生活時,講的幾乎都是與機械設計有關的故事。他常常津津樂道地回憶起他在5歲生日那天,在一大堆生日禮物中,首先看中了一只回旋陀螺,盡管它支撐在刀形支承的刃口上,但仍能夠保持自身的旋轉和平衡。


    1877年冬天,一場大雪降在美國的代頓地區,城郊的山岡上到處是白茫茫一片。一群孩子來到堆著厚厚白雪的山坡上,乘著自制的爬犁飛快地向山坡下滑去。在他們旁邊,有兩個男孩靜靜地站著,眼睜睜地看著歡快的爬犁從上而下滑過。大一點的男孩嘆道:“嗨!要是我們也有一架爬犁該多好啊!”另一個孩子噘著嘴說道:“誰叫我們爸爸總不在家呢!”他靈機一動,又接著說道:“哥哥,我們自己動手做吧!”被叫作哥哥的男孩一聽,頓時笑了起來,愉快地說道:“對呀!我們自己也可以做。走,奧維爾,我們回去!”于是,兩個孩子一蹦一跳地跑下山坡,飛快地向家里跑去。


    這兩個男孩就是萊特兄弟,年齡大的叫維爾伯,年齡小的便是奧維爾。他們從小就喜歡擺弄一些玩意,經常在一起做各種各樣的游戲。他們的爺爺是個制作車輪的工匠,屋里有各種各樣的工具,兄弟兩個把那里當作他們的樂園,經常跑去看爺爺干活。時間一長,他們就模仿著制作一些小玩具,因此,兄弟倆決定,要作架爬犁,拉到山坡上與同伴們比賽。當天晚上,兄弟倆就把這個想法告訴了媽媽。媽媽一聽,非常高興地說道:“好,咱們共同來做吧!”于是,兄弟倆就跑到爺爺的工具房里,找到很多木條和工具,不假思索地就做了起來。“不行!”媽媽阻止他們說,“干什么事情得有個計劃,我們首先得畫一個圖樣,然后再做!”


    兄弟倆明白了這個道理,就同媽媽一起設計圖樣。媽媽首先量了兄弟倆身體的尺寸,然后畫出一個很矮的爬犁。“媽媽,別人的爬犁都很高,為什么你畫的爬犁這么矮?這能行嗎?”弟弟奧維爾不解地問。“孩子,要想讓爬犁跑得快,就得制成矮矮的,這樣可以減少風的阻力,速度也就會快多了。”媽媽溫和地解釋道。兄弟倆這才明白,做任何事情都不應莽撞,應首先弄懂道理。


    過了一天,萊特兄弟的矮爬犁做成了。兄弟倆把它推到小山岡上,剛放在山坡上,就跑來了一個男孩。“快來看呀,萊特兄弟扛了一個怪物!”那個男孩大驚小怪地叫道。不一會兒,孩子們都圍了上來,指手畫腳地議論著這個怪模怪樣的東西。萊特兄弟不以為然,勇敢地說道:“誰和我們比賽!”先前跑過來的男孩連忙叫道:“我來!我來與你們比賽!”說完,就把自己爬犁拉了過來。比賽結果,自然是萊特兄弟獲勝,孩子們再也不嘲弄那個爬犁,反而圍起來左瞧右看,似乎想從中找到什么。萊特兄弟非常高興,帶著勝利的喜悅回家去了。


    圣誕節快到了,萊特兄弟的爸爸也從外地回來。在圣誕節早晨,爸爸送給了他們禮物,兄弟倆急不可耐地打開一看,是一個不知名的玩具,樣子挺奇怪的。爸爸告訴他們,那是飛螺旋,能在空中高高地飛行。“鳥才能飛呢!它怎么也會飛!”維爾伯有點懷疑。


    爸爸笑了笑,當場做了表演,只見他先把上面的橡皮筋扭好,一松手,飛螺旋就發出“嗚嗚”的聲音,向空中高高地飛去。兄弟倆這才相信,除了鳥、蝴蝶之外,人工制造的東西,也可以飛上天。于是,兄弟倆便把它拆開了,想從中探索一下,為何它能飛上天。


    從那以后,在他們的幼小心靈里,就萌發了將來一定制造出一種能飛上高高藍天的東西,這個愿望一直影響著他們。


為夢想而努力


    萊特兄弟一直著迷于當時譽滿大西洋兩岸的無動力滑翔飛行家—德國的李林達爾。通過自學,兩個人讀了大量的書,掌握了基本航空理論,開始了艱難的探索。


    1896年,兄弟倆聽聞了德國航空先驅奧托·李林達爾在一次滑翔飛行中不幸遇難的消息。按說,這條消息對那些夢想飛行的人是一個打擊,但熟悉機械裝備的萊特兄弟卻從中認識到,人類進行動力飛行的基礎實際上已經足夠成熟,李林達爾的問題在于,他還沒有發現操縱飛機的訣竅。對李林達爾的失敗進行了一番總結后,萊特兄弟滿懷激情地投入了對動力飛行的鉆研。那時候,萊特兄弟開著一家自行車商店。他們一邊干活掙錢,一邊研究飛行的資料。三年后,他們掌握了大量有關航空方面的知識,決定仿制一架滑翔機。


    首先他們觀察老鷹在空中飛行的動作。他們常常仰面朝天地躺在地上,一連幾個小時仔細觀察鷹在空中的飛行,研究和思索它們起飛、升降和盤旋的機理,然后一張又一張地畫下來,之后開始著手設計滑翔機。


    1900年10月,萊特兄弟終于制成了第一架全尺寸的滑翔機,是一架無人駕駛的雙翼滑翔機,可以像風箏一樣把它放上天。他們在飛機的前面安裝了升降舵,也就是一種擺動舵,可以用來操縱橫軸,然后,他們把它帶到離代頓很遠的吉蒂霍克海邊,那里十分偏僻,周圍既沒有樹木也沒有民房,而且那里風力很大,非常適宜放飛滑翔機。


    兄弟倆用了一個星期的時間,把滑翔機裝好,然后把它系上繩索,像風箏那樣放飛,結果成功了。然后,由維爾伯坐上去進行試驗,雖然滑翔機飛了起來,但只有1米多高。


    第二年,兄弟倆在上次制作的基礎上,經過多次改進,又制成了一架滑翔機。這年秋天,他們又來到吉蒂霍克海邊進行試驗,飛行高度一下子達到180米。


    1900~1903年,他們制造了3架滑翔機并進行了1000多次滑翔飛行,設計出了較大升力的機翼截面形狀。在此期間,他們的滑翔機滑翔距離多次超過1000米。弟兄倆非常高興,但對此并不滿足,他們想制造一種不用風力也能飛行的機器。從1903年夏季開始,萊特兄弟著手制造這著名的“飛行者”1號雙翼機。


    兄弟倆認為要建造一架飛行機器,主要有三個障礙:如何制造升力機翼;如何獲得驅動飛機飛行的動力;在飛機升空之后,如何平衡以及操縱飛機。針對這些問題,他們首先仔細研究了前人的試驗數據,再通過大量風箏、滑翔機以及風洞試驗做驗證,設計出了最佳的機翼剖面形狀和角度,以獲得最大的升力。然后又把一般大小的機翼增大一倍,達到308平方英尺(1平方英尺=0.09平方米)。最重要的是,他們設計了通過直接控制機翼來操縱飛機飛行姿態的機構,同時,在飛機整體的升力增加后,飛機對于駕駛員自身位置的變化也不那么敏感了,這就使得飛機盡管機翼面積大大增加,但可操縱性能并不比小機翼飛機差。三個問題解決了兩個。


     兄弟倆反復思考,把有關飛行的資料集中起來,反復研究,但始終想不到用什么動力可以把龐大的滑翔機和人運到空中。有一天,他們家門前停了一輛汽車,司機向他們借一把工具來修理汽車的發動機。兄弟倆靈機一動,能不能用汽車的發動機來推動飛行?


    從那以后,兄弟倆圍繞發動機開動了腦筋。他們首先測出滑翔機的最大運載能力是90千克,于是,他們向工廠訂制一臺不超過90千克的發動機。但當時最輕的發動機是190千克,工廠無法制出這么輕的發動機。后來,一名制造發動機的工程師知道了這件事情,答應幫助萊特兄弟。過了一段時間,這位工程師果然造出了一部12馬力、重量只有70千克的汽油發動機。兄弟倆非常高興,很快便著手研究怎樣利用發動機來推動滑翔機飛行。經過無數次的試驗,他們終于把發動機安裝在滑翔機上,并在滑翔機上安上螺旋槳,由發動機來推動螺旋槳旋轉,帶動滑翔機飛行。


“飛行者”1號的結構,如圖3所示:


    “飛行者”系列共有3架,分別命名為“飛行者”1號、2號、3號。“飛行者”1號采用了雙層翼,機身為木制構架,布制蒙皮,機翼剖面呈弧形,翼尖上翹,翼展13.2米,起飛著陸裝置為木制滑橇,依靠滑軌起飛,機上安裝一臺88千瓦的水冷式內燃機和兩副推進式螺旋槳。


萊特兄弟發明飛機的故事

圖3 “飛行者”1號的結構


    “飛行者”號采用了升降舵在前、方向舵在后的鴨式布局,包括一名飛行員在內飛機總重340千克,機翼總面積47.4平方米,翼尖有卷角,以便飛機的橫側操縱和穩定,飛行員基本上是趴在敞開的駕駛艙內駕駛的。


實現人們的飛天夢想


    1903年9月,萊特兄弟帶著他們裝有發動機的飛機再次來到吉蒂霍克海邊試飛,雖然試飛失敗了,但他們從中吸取了很多經驗。過后不久,他們又連續試飛多次,但仍舊存在很多問題,不是螺旋槳的故障,就是發動機出了毛病,或是駕駛技術的問題。


    萊特兄弟毫不氣餒,仍然堅持試飛。就在當時,一位名叫蘭萊的發明家,受美國政府的委托,制造了一架帶有汽油發動機的飛機,在試飛中墜入大海。萊特兄弟得知這個消息后,便前去調查,并從蘭萊的失敗中吸取了教訓,獲得了很多經驗。他們對飛機的每一部件做了嚴格的檢查,并制訂了嚴格的操作規定。1903年12月14日,萊特兄弟又來到吉蒂霍克海邊進行試飛試驗。


    那天下午,兄弟倆先在地面上安置兩根固定在木頭上的鐵軌,鐵軌有一定的斜度,好讓飛機方便地滑行。接著,他們就把制造的飛機放在鐵軌上面。維爾伯上機后,伏臥在飛機正中,不一會兒便發動了飛機,發動機傳出轟鳴的聲音,螺旋槳也慢慢地轉了起來,飛機在斜坡上剛滑行3米,就掙脫了結在后面的鐵絲升到空中。“飛起來啦!”奧維爾興奮地叫道,話音未落,飛機突然減慢速度,很快掉落在地上。奧維爾趕快跑上前去,維爾伯已從掉落的飛機里跳了出來,兄弟倆趕緊觀察飛機,發現飛機并未受損。“是什么問題呢?”兄弟倆左思右想,逐一檢查。發動機沒毛病,螺旋槳轉動很好,技術操作也完全正確……


    “哥哥,我知道原因了!”奧維爾滿面笑容地說道,“咱們是利用斜坡滑行的,只有3米距離,飛機就起飛了,而這時螺旋槳的轉動還沒有達到高速,所以一會兒就掉了下來。”“對呀!”維爾伯點頭稱道,接著說道,“咱們不能利用斜坡滑行起飛,而要靠螺旋槳的力量飛上去,這樣吧,把鐵軌裝在平整的地方再試驗一下。” 他們連續工作了三天,把鐵軌又重新安置在一片平坦的地面上。


    1903年12月17日上午10點鐘,在美國大西洋沿岸北卡羅來納州吉蒂霍克的基爾德維爾山海邊,天空低云密布,寒風刺骨。萊特兄弟將他們的作品—“飛行者”1號放在預先安裝好的滑軌上。今天對他們來說,是意義重大的一天,無數的心血和探索,都將在隨后的試飛中得到檢驗。兄弟倆決定以擲硬幣的方式確定誰先登機試飛,結果奧維爾贏了。只見他爬上飛機,伏臥在操作桿后面的位置上,手中緊緊握著木制操縱桿。然后維爾伯開動發動機,并推動它滑行。


    飛機在發動機的作用下先是劇烈震動,發動機開始轟鳴,螺旋槳開始轉動。經過短暫的震動后,飛機便在滑軌上加速前進,很快便像一只剛學會飛行的小鳥一樣飛了起來。


    “飛起來啦!飛起來啦!”附近的幾個農民高興地呼喊著,并且隨著維爾伯在飛機后面追趕著。


    飛機飛行了36米后,穩穩地著陸了。維爾伯沖上前去,激動地撲到剛從飛機里爬出來的弟弟身上,熱淚盈眶地喊道:“我們成功了!我們成功了!”盡管這第一次升空僅僅持續了12秒,但它具有的意義卻是非凡的,它標志著人類開始征服藍天,向著更自由的領空躍進。


    45分鐘后,維爾伯也飛了一次,飛行距離達到53米,又過了一段時間,奧維爾又飛了一次,飛行了61米,最后一次是維爾伯飛行了59秒,距離達到260米。這標志著,人們夢寐以求的空中載人持續動力飛行終于成功了!但隨后,突然刮來的一陣狂風把“飛行者”1號掀翻了,盡管飛機嚴重損壞,但它已經完成了歷史使命,人類動力航空史就此拉開了帷幕。


    1904~1905年,萊特兄弟又相繼制造了“飛行者”2號和“飛行者”3號。其中“飛行者”3號是世界上第一架適用型飛機,能在空中轉彎、傾斜盤旋和做8字飛行,留空時間長達38分鐘,飛行超過38千米。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。


    消息傳開后,美國政府非常重視,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,飛機場上圍滿了觀看的人群,大家興致勃勃地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,自由自在地飛向了天空,兩支長長的機翼從空中劃過,像一只展翅飛翔的雄鷹。


    人們再也抑制不住他們內心的激動,昂首天空,呼喚著奧維爾的名字,多少人的夢想終于變為現實。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。當它著陸之后,人們從四面八方圍了過來,慶祝飛行的勝利。


    就在那一年,萊特兄弟接受了美國陸軍的訂貨,并成立了萊特飛機公司。同年,萊特兄弟還赴法國進行了100多次飛行表演。從此,世界范圍內掀起了航空的熱潮,飛機成為人類征服藍天的有利工具。


    可以說,是“飛行者”號的成功,讓人類增強了信心,同時也加快了人類航空技術發展的步伐。


標簽:萊特兄弟 
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