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1903年12月17日人类历史上首次动力飞行

作者:澳门赌场  来源:澳门现金赌场  时间:2020-11-13 10:28  点击:

  1903年12月17日莱特兄弟驾驶自行研制的飞机飞行者一号成功的在人类历史上首次重于空气的航空器持续而且受控的动力飞行,被广泛誉为现代飞机的发明者

  美国航空先驱、亲生兄弟奥维尔·莱特(1871年8月19日—1948年1月30日)和威尔伯·莱特(1867年4月16日—1912年5月30日)。

  莱特兄弟最早大概在1890年代前期就从新闻、杂志或者照片上领略过德国航空先驱奥托·李林达尔和他研制的动力滑翔机的风采。而1896年对莱特兄弟来说是重要的一年,因为在这一年里航空界发生了三件大事。

  该年五月,史密森尼学会的书记塞缪尔·兰利成功试飞了一架蒸汽动力的无人飞机模型。同年夏天,芝加哥工程师、航空界权威奥克塔夫·沙努特领队在密歇根湖湖畔的沙丘上试飞了多架不同类型的滑翔机。八月,兄弟俩崇拜的李林达尔在试飞他的滑翔机时不幸机毁人亡,为人类的飞行之梦献出了宝贵的生命。航空先驱们的事迹激励着兄弟俩将想法付诸实践。

  莱特兄弟认为困扰航空先驱们的飞行难题有三点,前两点分别是机翼和发动机。他们认为在这两点上前人已经有相当丰富的技术积累,目前问题不大。

  而他们将最后一点归结为如何控制飞机。1899年英国航空先驱帕西·皮尔策在一次悬挂式滑翔机试飞时失控坠亡的事件更是让他们坚信,要想成功飞行,更重要的是能安全地飞行,关键在于要有可靠的飞行控制系统。

  相比之下,和他们同时代的其他先行者们——大名鼎鼎如阿德尔、马克沁和兰利等人——还在醉心于打造大马力引擎。

  这些人常常把自己绑在控制系统还尚未经过验证的飞机上,在没有任何飞行经验的情况下就草率起飞,祈求好运会将自己和飞机带上天空。

  尽管李林达尔坠机身亡,但莱特兄弟依然青睐他在进行动力飞行之前先通过滑翔机试飞来培养操纵技巧的策略。但他们在赞同李林达尔务实做法的同时也注意到了他光靠转移操纵者体重来控制滑翔机平衡的办法有致命的缺陷。两人决心要找到比这更好的解决方案。威尔伯通过观察鸟类的飞行,认为鸟类是通过改变翅膀后端羽毛的角度来控制身体左右滚转的。兄弟俩觉得这种方式或许也能对航空器适用——让飞机在转弯的时候像鸟儿一样向弯位的内侧倾斜——而这恰恰也是自行车转弯的方式,而经营自行车生意的两人对这个是再熟悉不过了。自行车并不是一件稳定的交通工具,但通过足够的训练人们完全能掌握它,他们相信飞行也一样如此。同时他们也寄望于这种方法能控制机身在被侧向气流干扰后恢复其平衡(侧平衡)。为了让人造机翼也能达成上述的效果两兄弟冥思苦想却始终不得要领。一天,威尔伯百无聊赖地在自行车店里摆弄用来包装自行车内胎的小纸盒。在他来回扭动纸盒的时候,突然灵光一闪——翘曲机翼的点子就此诞生。

  莱特兄弟在1899年制作的风筝的草图,操纵杆也被绘制在内。图示为前视图和侧视图,翘曲机翼的弯曲机制被绘制

  翘曲机翼是由莱特兄弟发明的一种用于控制固定翼飞机滚转运动的系统。经由这一系统,飞行员可通过操纵滑轮与钢钱扭曲机翼从而改变两侧升力,进而由升力差产生滚转力矩以帮助飞机保持平直飞行或进行转弯。在许多方面,通过弯曲纸飞机机翼后缘以助其平直飞行的方式与翘曲机翼十分相似。

  在1900年间,莱特兄弟在小鹰镇只进行了为期数天的滑翔机试飞活动。为了进行试飞,两人要从镇里往南远行6公里(4英里)爬上屠魔岗——一堆最高有30米(100英尺)的沙丘。在接下来的三年里他们每年都到此处露营。

  1901年莱特兄弟在小鹰镇试飞了他们的新型滑翔机。试飞被安排在了7月到8月间,一共进行了50到100次滑翔测试,飞行距离在6到22米不等(20到400英尺)。为了提高升力,他们在这架滑翔机上配置了比前作大得多的翼面,然而它却让兄弟俩大失所望。新型滑翔机只产生了理论数据约三分之一的升力,而翘曲机翼也不听使唤了,总是让机身向相反的方向偏转(后来这个问题被称作逆偏航)。

  在试飞中滑翔机发生了几次失速,但前置升降舵的降落伞效应避免了机身的俯冲,从而让威尔伯得以“像一张煎饼似的”水平安全着陆。

  这个的优点让他们更执着于前翼布局,并一直坚持到1910年时才放弃。第二季的试飞活动在众多挫折的阴影下黯然落幕,兄弟俩败兴而归。在返回代顿的路上,难掩失望之情的威尔伯向奥维尔自嘲道虽然人类迟早会飞行——但他们估计是活不到那天了。

  新滑翔机在升力上的糟糕表现让莱特兄弟怀疑李林达尔的数据是否准确,同时也对广受认可的升力方程中的空气压力系数提出了质疑。空气压力系数也叫斯密顿系数,当时已经被提出了100多年。

  李林达尔只在少数几种翼型上做过旋转臂测试(一种测量升力和空气阻力的早期手段),而莱特兄弟在一开始曾错误地假设他的数据也可以套用在他们形状完全不同的机翼上。

  两兄弟建造了风洞后,在李林达尔的基础上向前迈进一大步,为200多种不同翼弧的翼型完成了初步测试,并对其中的38种做了更详细的测试

  一轮测试下来他们还得到了一大发现——那就是较长和较窄的机翼——用航空学的术语来讲就是展弦比(翼展除以翼弦的值)较大的机翼——有其优势。

  比起两兄弟目前为止试用过的较宽阔的机翼,展弦比大的机翼形状能够提供更好的升阻比。

  有了展弦比的知识和更精确的斯密顿系数助阵,莱特兄弟重整旗鼓设计了他们新的1902年款滑翔机。运用他们在风洞实验中得到的另一个关键发现,他们将新机翼的翼弧设计得更平坦。

  而之前他们在设计1901年款的时候照搬了李林达尔的设计,让滑翔机翼弧明显更大却更没效率。现在他们做完了一系列的风洞实验,并对得到的结果非常自信。

  左图是两兄弟在1901年试飞过的滑翔机,威尔伯在左,奥维尔在右。右图是1902年威尔伯(右)和助手丹·泰特(Dan Tate)试飞的滑翔机。通过比较不难发现1901款滑翔机缺乏升力且受到的阻力更大,以至于它以陡峭的攻角飞行。而1902年款滑翔机的飞行姿态更平缓,而且牵引绳被则拉得几乎跟地面垂直,升阻比的进步可以说一目了然。

  威尔伯驾驶着1902年款滑翔机飞跃屠魔岗。照片由洛林·莱特摄于1902年10月10日。照片中的滑翔机配备了一个可以转向的尾舵,取代了原设计里的固定双尾翼。

  莱特兄弟的飞行者一号翼展12米(40.3英尺),重274公斤(605磅),配备一台8.9千瓦(12匹马力),重82公斤(180磅)的发动机。这架飞机只花了他们不到1000美金就造好了。

  而美国政府资助兰利建造飞机场号的预算高达50,000美金,可它却一头栽进了河里。

  1903年飞行者一号的原机,它现被陈列在位于华盛顿特区的美国国家航空航天博物馆

  1903年12月17日是一个历史性的时刻——在时速43公里(27英里)的刺骨寒风中飞行者一号终于成功起飞了。首飞的驾驶员是奥维尔,他飞行了12秒,航程36.5米(120英尺),时速只有每小时10.9公里(6.8英里)。在接下来的两次试飞中,威尔伯飞行了53米(175英尺),奥维尔飞行了61米(200英尺)。他们的飞行高度约为离地3米(10英尺)。奥维尔亲笔记录下了当天最后一次飞行的情况:

  莱特兄弟飞行者一号的首次飞行。摄于1903年12月17日。奥维尔担任驾驶员,威尔伯在翼尖处跟跑。

  “在12点左右威尔伯开始了第四次也就是最后一次试飞。最初的几百英尺飞得起起伏伏,但飞过了300英尺后飞机变得好操作了一些。在接下来400到500英尺的航程里只有少许的颠簸。可到了差不多800英尺的时候它又开始了起伏,最后在一次俯冲中撞到了地面。测量显示的地表距离是852英尺(260米),飞行时间为59秒。支撑前舵的支架损坏的较严重,但飞机的主要部件完全没有受损。我们估计一两天后就可以把它修复至可以再度飞行的状态。

  奥维尔驾驶飞行者二号在霍夫曼草原上飞行。此次飞行编号为85,飞行持续了40.2秒,距离约536米(1760英尺)。摄于1904年11月16日。

  奥维尔驾驶飞行者三号在1905年10月4日飞越霍夫曼草原。飞行编号46,持续时间33分17秒,飞行距离20.75英里。这也是在该年试飞活动中拍摄的最后一张照片。

  莱特兄弟虽然不是进行航空器飞行试验的第一人,但他们首创了让固定翼飞机能受控飞行的飞行控制系统,从而为飞机的实用化奠定了基础,此项技术至今仍被应用在所有的固定翼航空器身上。

  莱特兄弟两人最终都没结婚。威尔伯曾开玩笑说自己:“没有同时应付一位妻子和一架飞机的时间。”1912年他在前往波士顿的途中病倒,回到代顿后被确诊为伤寒。在时而昏迷、时而清醒地与病魔搏斗了几个星期后,他在5月30日病逝于家中,享年45岁。

  他的父亲米尔顿在日记中这样描述威尔伯:“他生命短暂,却又卓越不凡。他智慧无穷却又冷静沉着,他无比自信却又无比谦虚,他敏锐地洞察正道,坚定地追求真理。他随风而生,最后随风而逝。

  有一些文档记录显示,在1903年莱特兄弟飞行之前便有其他航空先驱曾经进行过首次飞行,包括克雷芒·阿德尔、古斯塔夫·怀特海德、理查德·皮尔斯和卡尔·贾托等。

  首先飞行者一号没有机轮,要借助起飞轨道起飞;其次它必须迎风起飞或者用靠1903年设计的发射器起飞。而莱特兄弟的拥护者则认为这些都是旁枝末节的技术,更重要的是莱特兄弟的飞行得到了公证,其试验可被重复验证,飞机能够进行受控并持续的飞行,因此作为首架飞机的称号实至名归。

  莱特兄弟在1903年12月17日进行的飞行作为“第一次重于空气的航空器进行的受控的持续动力飞行”被国际航空联合会(FAI)所认可。

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