飞机诞生之前(1).ppt

民用航空发展史第一部分：飞机诞生以前第二章 飞机研制早期探索n乔治凯利(G.Cayley，17731857)英国“航空之父。”n威尔伯莱特评价：“在一百年以前，乔治凯利爵士把航空技术推向了前所未有的高峰。在整个十九世纪，这个高峰没人能够逾越。”n1909年，法国航空学会主席贝尔热写道：“乔治凯利爵士是真正的航空之父，他的名字值得用金字书写在航空史册的第一页。”n 冯卡门说：“目前所知的关于刚性飞机的飞行原理，可以说是由凯利所首先宣布。”n研究兴趣：铁路机车、洪水治理、航空、飞艇n乔治凯利很小就对飞行发生了浓厚的兴趣，这一方面是由于对鸟的飞行的神往，另一方面是孩提时代热气球载人飞行成功对他产生了很大影响，而后者是促使他进行航空研究的直接动因。他的第一项航空研究是仿制和改进中国古老的玩具竹蜻蜓，时间大约是1796年。n他对竹蜻蜓的兴趣一直保持到晚年。1854年他去世前3年，他还将一个改进的竹蜻蜓送给法国朋友杜布代克。n他在25岁前后曾根据竹蜻蜓设计了一架直升机：直杆两端各有一副用四片羽毛制成的螺旋桨。由弦和弓的伸张力带动其旋转。凯利说，这个直升机进行过多次成功的飞行。n为了进行航空研究，凯利对鸟的飞行作了大量的观察和研究，包括测量鸟翼面积、鸟的重量和飞行速度，并在此基础上估算速度、翼面积和升力之间的关系。n他第一个明确认识到：人造飞行器应当分别实现升举和推进两种功能，而首先应当解决的是升举问题。这是摆脱片面模仿鸟类、实现定翼机的重要思想和基础。n他还认识到鸟翼弯曲形状的重要性、鸟翼具有迎角的重要性、重心与升力中心的关系以及对飞行稳定性的影响。n凯利于1799年设计了一架滑翔机，它包括带有上反角的机翼、尾翼、机身，颇具有现代意味。n凯利于1804年12月自己动手设计和制造了一架旋臂机，用于研究平板的升力和阻力。旋臂机实验件是一块0.1平方米的平板，它被安装在旋臂机水平旋转杆的末端，可以偏转成各种角度。旋臂转动的动力来自于石块下落的势能。n凯利得出了第一批关于升力和运动速度方面的数据。例如，当运动速度为每秒3.52米时，升力为1.1牛顿。根据这些数据，他半定量地认识到升力关系式。他在1804年12月1日的笔记中总结说：空气的升力“与空气介质密度成正比，与平板面积成正比；与运动速度的平方成正比；与迎角的正弦成正比。”n1805年他又设计了一架滑翔机，它包括了飞机的各主要部分，其中有垂直尾翼，机身前端还有金属配重。有一副定翼，又有一副扑翼，扑翼是单独用来产生推进力的。n1808年，凯利又设计了一架滑翔机，它的前端安装一只大的框式风筝，形状具有鸟翼一样的弯曲结构。n凯利在旋臂机试验过程中，做出了另一个重要发现：流线型物体能够大大降低阻力。他还解剖了一条鳟鱼，画出了截面形状曲线。冯卡门评论说：“他得到的截面形状几乎可以跟某些现代的低阻力翼型完全相合，这一点是很令人注意的。”n1809年1810年，凯利把他的研究成果分三次发表在英国自然哲学、化学和技艺杂志上，题目是论空中航行。这篇论文在航空史上占有极其重要的地位。它的问世被看成是现代航空学诞生的标志。n凯利在论文中指出：机械飞行的“全部问题是给一块平板提供动力，使之在空气中产生升力并支持一定的重量。”他通过平板升力估算，给出了一架飞机的设计参数，其中平板面积需要18.6平方米。他还分析了飞机的稳定性、安全性和操纵性的重要性。n在论鸟的飞行的第二部分里，凯利着重分析了设计成功飞机面临的几个主要困难。第一是动力问题，第二是动力转换问题，第三是飞机结构强度和降低结构重量问题。尽管当时蒸汽机已经发明并得到应用，但凯利认为蒸汽机的功率重量比非常低，很难应用于飞机上。于是他研究了多种新的动力装置。1805年前后，他发明了一种热空气发动机，甚至设想使用液氢为燃料。n凯利在论文的第三部分中，提出了多翼机思想。他指出，当机翼面积增大时，轻重量和高强度不能同时保证，因此应当采用多翼面结构解决这个问题。n由于超越了时代，他的众多发现没有产生很大影响n汉森于1842年设计了有名的“空中蒸气车”时，凯利很兴奋。他于1843年4月在力学杂志上发表文章，对汉森的飞机设计作了评价。1849年1853年间，凯利设计并试验了全尺寸载人滑翔机。n1849年，一个10岁的小男孩乘坐他的滑翔机离开过地面。凯利记述说：“飘离地面几码后，从小山上滑下来，而且还通过一些人用绳索把这个装置逆着微风，拉起了大约同样的高度。”n据记载1853年6月，凯利的滑翔机又作了一次载人飞行。据凯利的外孙女汤普森(Thompson)回忆说：“马车夫乘坐这架飞机离开了地面，并降落在与起飞点的高度大致相同的西侧。我认为，飞机降落时飞行的距离比预计的要短得多。当参观者越过山谷时，马车夫走下飞机，他叫了起来：乔治爵士，我想请您注意，我是雇来赶车的，不是飞行的。这就是我记得的一切。”1804年设计的定翼机1804年设计的定翼机模型1817飞艇载人滑翔机晚年载人滑翔机凯利的后继者汉森n汉森(W.S.Henson，1812-1888)英国工程师 主要工作是设计滑翔机，进行结构试验和改进轻型蒸汽机。n斯特林费罗(J.Stringfellow，1799-1883)英国工程师 主要工作是研制小型发动机和小型飞机 1842年1月10日，汉森给斯特林费罗的信中谈到他早期航空研究的情况。他说，他设计的蒸汽机太笨重，不适于飞机使用。他计划进行进一步改进，目标是在蒸汽机重量不变的情况下，使其功率增加一倍。n1842年9月29日，汉森申请了飞机设计专利，名称是“用于空中、陆地和海上的蒸汽动力装置。”他在专利说明书上写道：这种装置“能够把信件、物品和乘客经由空中从一地送到另一地。”n1843年4月，“空中蒸汽车”专利获得批准。这是历史上第一个重于空气飞行器的发明专利，在世界航空史上具有重要地位。后人对这项设计也给予了很高的评价，有人称之为世界上第一种真正的飞机。n汉森的飞机取名为“空中蒸汽车”。飞机呈单翼结构，机翼翼展45.72米、宽9.14米、翼面积418.1平方米，水平尾翼面积为139.4平方米。飞机长约为25.83米，总重约1360千克。汉森计划采用的动力装置是一台1822.4千瓦的蒸汽机，驱动两个六叶螺旋桨。n一位名叫弗里德里克马里奥特的银行家和一名律师科伦比为了商业目的，成立了“空中运输公司”，计划制造“空中蒸汽车”。汉森也表示同意，因为这或许是筹集资金的一个办法。科伦比和马里奥特是抱着金钱的利益创办公司的，对飞机本身并不是真正感兴趣。他们到处做广告，四处张扬，画了许多招贴画。夸张式宣传，并没有吸引到投资。相反，人们开始嘲笑空中蒸汽车和汉森了。n斯特林费罗坚信重于空气飞行器能够研制成功。他建议先进行模型试验。汉森也表示同意。1843年12月29日，他们两人签订了一项合作协议书。n18441847年间，汉森和斯特林费罗合作进行模型动力飞机的设计和研制。它的翼展6.1米，翼面积7.8平方米，尾翼面积1.1平方米。螺旋桨直径1米。n1845年6月17日，空中蒸汽车模型进行了首次地面试验。n1847年，这架模型在查尔德城外的巴拉进行了飞行试验。由于模型无法支持本身的重量，它在弹射后便慢慢在落回了地面，试飞失败。n汉森走后，斯特林费罗继续进行模型试验。他有意识地把模型设计的较小，总重仅4.5千克。除此之外，他还在许多方面进行了改进：它的机翼前缘部分具有挠性，这有利于增加自动稳定性；机翼形状由矩形改为弧形；翼型也作了更改。斯特林费罗为这架新模型设计了微型蒸汽发动机。n1848年进行的第一次试验，由于斜面放置的太高，致使模型以很高的速度下滑并触及地面而损坏。第二次试验把起飞装置角度调低，据说飞行距离约20米。有人认为这是“第一台能够利用动力升空的机器。”n1867年英国航空学会秘书来查尔德拜访斯特林费罗，请他为航空学会将要举行的展览会提供展品。斯特林费罗答应为此设计一架模型。1868年6月，世界首次航空展览会在伦敦的水晶宫举行。斯特林费罗为展览会送交了三件展品：一个功率为0.38千瓦的蒸汽发动机，重量只有8千克；一个0.746千瓦的蒸汽发生器和一架蒸汽动力飞机模型。这个飞机模型呈三翼结构。在展览会上，他的发动机获得了最小重量功率比奖。英国航空学会成立1866n1866年，世界上第一个航空研究团体大不列颠航空学会宣布成立，这是世界航空史的重大事件，也是重于空气飞行器发展进入一个新时代的标志。n1870年英国航空学会成立了试验委员会。试验委员会在进行试验过程中，获得了一些重要结果，其中包括空气升力的关系式。n格莱舍发现了边界层现象。他指出：“与平板接触的流体粒子会改变它的运动路线，它将沿表面滑行。这种效应只适用于平板邻近的一层。而对于这种现象，理论上是无法预言的。”这是空气动力学的一大发现，也是首次阐述边界层的概念。n两位杰出的航空学家：n维纳姆(F.H.Wenham，18241908)n菲利普斯(H.F.Phillips，18451912)n他们的工作代表了英国航空学会19世纪航空研究的最高水平。n维纳姆已经进行过几年航空研究，内容包括观察鸟的飞行、开展旋臂机试验、螺旋桨试验和全尺寸滑翔机试验等，这些工作已经为他的著名论文论空中交通作了大量前期准备。n1866年，维纳姆在英国航空学会上发表了一篇题为论空中交通和关于重于空气飞行器的支持原理的演讲。明确阐述升力主要集中于前缘的思想。n他的最初试验通过旋臂机进行。n1871年，维纳姆设计并建造了世界上第一座风洞。它是个四周封闭的矩形框，一端有一架鼓风机，提供试验用的气流。中间的一个支杆上安装试验件，用弹簧秤测量气动升力。n1880年前后，菲利普斯决定自己设计和改进风洞，并开展试验研究。n1884年，他改进设计的风洞制造成功。风洞长为2米，截面宽度43厘米。它的最大特点是试验气流由直射式改为引射式，并且加了过滤网，从而大大改善了试验气流的均匀性和平衡性。他获得了几项专利。n菲利普斯研究了各种不同的翼型。他试验过的翼型多达上百种，有单弯度、各种双弯度，甚至还有菱形的。通过这些试验他发现，双弯度翼型即使没有迎角也能产生升力。这也是一个重大发现。n菲利普斯于1893年设计了一架样子奇特的飞机。它上下排列着50个翼面，左右对称各25个。每个弯曲机翼长6.1米，宽只有4厘米，展弦比竟高达153。菲利普斯翼型专利1907年多翼机1904年飞机动力飞机探索n法国船长让玛丽布里斯(J.M.Bris)是早期对滑翔飞行做出了重大贡献的航空先驱者。1857年，布里斯设计了一架大型滑翔机。其翼面同信天翁的翅膀非常相似。它的翼展长达15.3米。在第一次试验试飞时，他成功地飘飞了一段距离。n他在第二次飞行时，由于遇到了下降气流，滑翔机落地摔坏。他本人也折断了大腿。n1867年，布里斯又制造了第二架滑翔机。n1868年，布里斯再度开始滑翔机试验。用重物代替人。试验又遭失败，滑翔机翻倒，摔在地面。n法国海军军官费里克斯杜坦卜尔(F.D.Temple，18231890)。他在40年代初进行过模型飞机的试验。这架模型类似于一只小鸟，最初用钟表发条驱动螺旋桨，后改用热空气发动机。这个飞机模型按当时的标准，是相当成功的。它在试飞时能依靠自己的动力，持续飞行短暂时间，并且能够安全着陆。在航空史上，它可能是第一架靠自身动力起飞并能持续飞行一段时间的人造飞行器。n坦卜尔于1857年设计了全尺寸动力飞机。一个直径达4米的14叶螺旋桨。坦卜尔的这架全尺寸飞机虽然不太科学，但它在设计制造上却有不少新奇之处：n机翼和机身骨架用铝合金制造；第二，三轮式起落架，带有橡胶减震器并且是可以收放的；第三，通过方向盘、方向舵和软索实现复合操纵。这些特点在后来的飞机设计中得到了应用。n大约在1874年，坦卜尔的全尺寸飞机进行了一次试验，未取得很大成功。不过，他的全尺寸飞机设计于1857年获得了专利。n1860年法国工程师勒努瓦(J.J.E.Lenoir，18221900)发明了汽油机。后经德国工程师奥托(N.A.Otto，18321891)和戴姆勒(G.W.Daimler，18341900)的改进和完善，汽油机以新的面貌出现在动力机械和运输机械的舞台。n内燃机是飞机诞生的动力保证。n阿方索佩诺(Alphonse Penaud，18501880)是一位有重要历史地位的伟大人物。他的伟大之处在于他的航空探索方法和提出的重要概念：首先进行理论研究；然后进行模型试验；最后过渡到全尺寸飞机的研制。航空史学家们对佩诺的赞誉颇高，有人甚至认为佩诺是从凯利到莱特兄弟之间最伟大的天才、最富有创造精神的航空先驱者。n佩诺主要研究飞机的稳定性问题，并且颇有心得。n1870年，佩诺发表了一篇论文稳定性理论。这篇文章阐述了保持飞机模型自动平衡和稳定的重要性，以及实现稳定的方法。n1871年，佩诺制作了几架模型直升机，它们都采用橡筋动力。试验飞行时，获得了很大成功，飞行距离超过30米，具有很好的稳定性，证实了上反角机翼具有固有稳定性的原理。n从1873年起，佩诺致力于全尺寸飞机的设计。按照他的设想，这架飞机重量达到1200千克，装一台15.222.4千瓦的发动机。它的翼面呈近椭圆形，尾部有一对水平尾翼。特点：上反角机翼；固定的垂直尾翼；可转动的方向舵；具有水平升降舵；单杆操纵手柄；玻璃座舱罩；可收放起落架和压缩气体减震器；可以在水面上着陆等等。n性能：载1到2名乘客，巡航速度为96.6千米/时。这个全尺寸飞机于1876年获得了专利。n1880年10月，佩诺在不到30岁时便自杀了。18761871n法国电气工程师阿代尔(C.Ader,1841-1926)n1889年前后，阿代尔在法国官方资助下，设计并制造了一架蝙蝠式飞机，取名“风神”。它的外型极像蝙蝠。n“风神”机翼翼展长14米，翼面积28平方米，机长6.5米，装一台15.2千瓦的蒸汽机，带动一副4叶螺旋桨。“风神”的总重量约为296千克。n1890年10月9日在靠近格雷茨湖的阿美因小山村进行了一次秘密试飞。n阿代尔于1892年又开始制造第二架飞机，但工作尚未完成就放弃了。继而他又制造第三架飞机。他给这架飞机起了个后来被广泛采用的名称：飞机(Avion)，并按顺序将其命名为飞机3号。n飞机3号与风神的外型非常相似，只是尺寸有些增加：翼展长达到16米，总重400千克，发动机仍采用15.2千瓦的蒸汽机。另一项改进是由一副螺旋桨改为两副。n1897年10月12日和14日，飞机3号进行了两次秘密试飞，结果如何当时也不为人所知。阿代尔在给朋友的信中含含糊糊地说：“在经过大量的工作，花费了大量金钱后，我解决了这个问题。只是由于试验场太小，才没有飞行更远的距离。”n1906年8月和9月桑托斯杜蒙完成了欧洲首次持续动力飞行之后，阿代尔宣称：他的蝙蝠式飞行器风神于1890年10月9日成功地“飞行了大约50米”；他的双螺旋桨飞机3号于1897年10月14日“不间断地飞行了约300米”。n后来的考证表明，由于升力不够，动力不足以及稳定性较差，阿代尔的几次试验都没有取得很大成功。一般认为，他是首次利用飞行器自身的动力，实现短暂跃飞的人。n威尔伯莱特于1911年考察过阿代尔飞机3号。他指出，阿代尔的飞机除机翼可前后摆动外，其飞行是不可操纵的而且机翼没有足够的刚性能保持一定的形状并支持飞机的重量。飞机缺少必要的升降舵控制装置，方向舵的操纵亦不完善，无法实现持续的飞行。后来人们从阿代尔的笔记里发现了新的证据，证实了他设计的飞机根本不可能具有飞行的能力：原来从他的笔记和设计说明中可以明显看出，他本人完全不懂空气动力学和飞行控制。1890飞机3号飞机3号风神风神专利图n19世纪后期，俄国、英国、美国等都有一些动力飞机的探索者。美国除兰利和莱特兄弟之外，仍有人偏重扑翼飞行器。n1869年到1887年间，有不少人申请并获得了扑翼机专利：奎姆比(W.F.Quimby)(1869 年)、凯斯(Keith)(1870年)、惠勒(I.M.Wheeler)(1887年)n还有一些人致力于直升机的探索设计工作：克罗 威 尔(L.C.Crowell)(1862年)、沃 顿(J.Wooton)(1866年)、沃 德(J.B.Ward)(1876年)n据苏联1948年6月10日的苏联新闻和1954年出版的大众百科全书公布，俄罗斯海军军官莫扎伊斯基在1882年进行过动力飞机飞行试验，并取得了成功。n莫扎伊斯基(N.Mozhaisky，18251890)是俄国海军军官，后来晋升为少将。他于1856年开始研究重于空气飞行器。开始阶段，他全面研究了鸟的结构及其飞翔能力，螺旋桨的性能与飞行动力学等。尔后，开始制造模型飞机。n1876年曾公开进行模型飞机飞行表演。他还制造过大型风筝，并用三匹马拉风筝进行载人飞行试验。据称这些试验都获得了一定成功。受这些试验工作的激励，莫扎伊斯基开始设计全尺寸动力飞机。n1880年6月4日，他以“空中飞行器”的设计申请专利并于1881年11月3日获得了发明专利。n“空中飞行器”的矩形机翼翼展长22.8米，翼弦宽14.2米，翼面积为324平方米，总重量934千克。它装有两台蒸气机，分别是7.46千瓦和15千瓦；7.46千瓦发动机驱动头部安装的拉进式螺旋桨，15千瓦发动机驱动机翼后面安装的两个推进式螺旋桨。它的尾翼组件包括水平安定面和垂直安定面，但似乎没有可动部件。n苏联的普通百科全书(1954年出版)这样描述说：“全尺寸飞机完成于1882年夏，但已发现的文献没有给出飞行的日期文献表明，它在一次试飞过程中离开了地面并完成了一小段飞行，这在重于空气飞行器史上是第一次。”该书又说：“目击者对这次飞行的描述完全一致：飞机在工程师的操纵下起飞，划了一个斜线后落地。”还有较早的苏联文献说：1882年7月，莫扎伊斯基的“空中飞行器”在圣彼得堡附近的红村，由其助手格鲁耶夫驾驶从小山坡上下滑，跃飞了约2030米。n莫扎伊斯基的飞机存在很多问题。尽管它的翼面积很大，但翼弦比却很小，对于产生升力非常不利。从苏联给出的飞机三面图来看，机翼没有上反角，而且几乎没有安装角，这对于产生足够的升力和稳定性都不利。另外，尾翼相比之下显得太小。这样的飞机不大可能进行持续的稳定飞行。n马克辛(H.S.Maxim，18401918)于 1889年，马克辛开始用旋臂机进行机翼和螺旋桨试验。后来又决定制造一架飞机，并自制的一台功率达134千瓦的蒸汽机。n1891年，马克辛租下了肯特市的鲍德温公园，开始建造他的飞机。n1894年，飞机制造完毕。由于它的个头很大，人们都称之为马克辛巨型飞机。n飞机呈双翼结构，机长28.96米，翼展31.7米，翼面积371.6平方米，总重量达3629千克。飞机上安装了两台蒸汽机，带动两副直径5.44米的螺旋桨。飞机利用导轨滑行起飞。马克辛对螺旋桨和翼型了解较多，但对结构、强度和稳定性则认识不足。他的巨型飞机正是存在这方面致命缺点。n1894年7月31日，马克辛的巨型飞机进行了首次试验，飞机由于受到保护杆的限制，它在轨道上跳跃了几次。后面的几次结果类似：飞机明显地离开了导轨。n马克辛对这样的试验结果感到满意，因为已经达到了“利用自身的动力离开地面的目标。”因此，马克辛放弃了飞机的进一步研究。滑翔飞行进入高潮n1853年1854年间，法国人弗朗索瓦勒图尔(L.C.Letur)制造了一个降落伞与滑翔机复合体，从气球上跳下，并且用两只手臂扇动扑翼。据称他曾有过成功而安全的滑翔。n1854年试飞时，由于降落伞的故障，勒图尔献出了自己的生命。n1873年，法国教授埃蒂纳莫雷(E.J.Marey，18301904)出版动物机械，描述了大量关于鸟的飞行的试验和测量数据。n1881年，法国人穆亚尔(L.P.Mouillard)出版了一本有名的著作空中王国。这部书以全新的姿态考察鸟的飞行。他根据鸟的飞行机理，提出了定翼滑翔机的思想。n穆亚尔从1856年开始设计制造滑翔机，进行滑翔试验，前后共造了6架滑翔机，时间跨越1856年到1896年整整40年。虽然他的滑翔机性能不佳，但他坚信滑翔机的研究和试验对航空的未来是至关重要的。他曾说过，人可以超越同飞鸟相比的笨重体形限制，“无须扇动翅膀而进行长时间的翱翔。”n滑翔飞行大家：李林塔尔(Otto Lilienthal，18481896)n奥托李林塔尔是一位德国工程师，向往飞行由来已久。他进入航空研究领域的第一步是观察研究鸟的飞行，积累了大量关于鸟的翅膀形状、面积和升力大小的数据。n 1861年1873年间，李林塔尔和弟弟古斯塔夫(G.Lilienthal，18491933)制造了多架动力飞机模型，所依据的是前人留下来的关于平板空气阻力和升力的数据。但这些模型都飞不起来。因此他们决定自己试验，取得气动力方面的第一手数据。n李林塔尔采用旋臂机，1866年开始试验。他们在试验过程中，试验参数反复调整：臂长从2.2米到7.8米；试验平板由0.1平方米到0.6平方米；试验速度由0.3米/秒到40.13米/秒；试验件迎角分别在3、6、9、15、60、70、80、90之间转换。他们在定量试验基础上，获得了以下结论：升力与速度的平方成正比；利用平板机翼进行飞行是不可能的；弯曲翼面的升力特性比平板好得多。n1889年，李林塔尔出版作为航空基础的鸟类飞行。这部著作集中讨论了鸟翼的结构、鸟的飞行方式和体现的空气动力学原理，并且论述了人类飞行的种种问题，他特别讨论了人造飞行机器翼面形状、面积大小和升力的关系。这部书几乎成了他同时代或比他稍晚的航空先驱者的必读书，为航空发展做出了相当大的贡献。n威尔伯莱特在1901年11月2日写给查纽特的信中说：“我阅读研究李林塔尔的著作和所附的构图照片许多遍。这是一部相当出色的著作。尽管在我看来，里面仍有一些错误。然而当考虑到它是一部先驱性著作，发展于一个全新的领域，其内容还是相当牢固和精确的。”威尔伯莱特也指出书中存在一个根本性问题：他过低地估计了升力，又过高地估计了阻力。n从1891年到1896年，他先后制造了18种不同型式的滑翔机，其中有12种是单翼机，6种是双翼或多翼机。他的滑翔机除了翼面积的大小和布局不同外，机翼形状几乎是一样的，即用肋条制成弯曲的辐射状骨架，然后再蒙上蒙皮，很像天空中飘忽飞行的大鸟的翅膀。滑翔机典型数据是：翼展7米，翼面积约14平方米，弦长2.5米，机长2米，空重约20千克。n李林塔尔从事滑翔飞行的主要目的是积累飞行经验并且寻找在空中保持稳定和可靠的操纵方法。在进行了两年的滑翔试验后，他从1893年开始在悬挂滑翔机上加装水平和垂直安定面。前者用于保持纵向稳定，后者用于保持横向稳定。在飞机操纵方面，李林塔尔主要运用身体摆动方式，即当两只手臂支承在滑翔机上时，身体下部和腿可以前后、左右摆动，依靠重心移动达到操纵目的。后来，他又在滑翔机上加装了升降舵，提高了操纵性能。n李林塔尔利用这些滑翔机进行了大量飞行试验。他的滑翔距离一般都在100250米左右。1895年，李林塔尔试验了机翼前缘襟翼装置，以改善滑翔机的抗风性能，同时也试验了空气制动装置。他的滑翔机的飞行过程中主要依靠身体摆动进行操纵。n从1891年到1896年，他进行了2500多次滑翔飞行，其中最远的可达300米。为了对滑翔机进行研究和改进，他同古斯塔夫合作，将许多滑翔飞行的情况拍成照片，然后加以分析和研究。这样，李林塔尔留下了大量极其珍贵的飞行历史照片，不仅为同时代提供了极其有益的借鉴，而且也为航空史研究留下了宝贵的第一手资料。李林塔尔的滑翔飞行在当时就产生了广泛而积极的影响。李林塔尔成了19世纪最后10年名符其实的“空中飞人”。n李林塔尔以其广泛的研究、试验以及行动对早期航空史产生了极大的影响。然而，对待航空发展的正确途径，李林塔尔的认识并不清楚。他重视试验完全是正确的，但不能因此而忽视理论。他曾说过：“只有实际实验才能解决这个问题，我们必须让空气和风发表它们自己的意见。”他甚至还说：“设计一架飞行器没有什么，制造出来也不算了不起，试验它才是最重要的。”n1896年8月9日，李林塔尔在试飞他的11号滑翔机时，开始阶段似乎一切正常，但几分钟后，一阵大风突然刮来，将滑翔机吹得失去了操纵，李林塔尔沉重地摔在了地上。第二天，在医院中死去。据说，他死前说的最后一句话是：“必须做出牺牲。”n佩尔策(P.Pilcher，18661899)是爱尔兰人。他从1895年开始从事航空研究。在读到李林塔尔的飞行事迹和照片后，开始设计滑翔机。佩尔策认为：“用滑翔机进行试验的目的是，使人们开始得到空中飞行的实践，以便在空中操纵一架飞行机器。”他还指出：“滑翔机是一种非常好的学习工具，它的主要作用就在于此。等到动力以发动机和螺旋桨形式装到一架滑翔机上，或一台发动机和一个翼面一道起作用，推动一架机器前进，那么，一个习惯于用一架简单的滑翔机从一个小山上作滑翔的人，就能相当安全地飞行了。”n1895年初，佩尔策制造了第一架滑翔机。它有一副类似鸟翅膀的机翼，尾部只有垂直翼面。在多次试验时，这架滑翔机总是飞不起来。当年月到柏林请教李林塔尔。李林塔尔说，水平尾翼是绝对必要的。后来，佩尔策设计出了“蝙蝠”式滑翔机。这架飞机在飞行过程中，已能达到100米左右的滑翔距离。n1896年，佩尔策又设计了一架“鹰”式滑翔机。它带有轮式起落架、水平和垂直安定面，机翼和机身采用张线支柱结构，在某种程度上比李林塔尔的滑翔机更为合理。佩尔策驾驶它进行了多次成功的飞行，最远的曾飞行到300米远。n1897年夏，佩尔策又进行过多次滑翔飞行，最远距离大约为150米。1898年春的试验，滑翔距离已达到300米。除继续进行滑翔试验外，动力飞机的准备工作亦在进行，汽油机在1898年夏已制造完毕，其功率为3千瓦，重量仅为20千克。n1899年9月30日，佩尔策又进行了滑翔飞行，在场的有他的姐姐和英国航空学会的几位同事。第一次飞行比较顺利。第二次虽然遭了雨水使滑翔机变重，但还是飞了起来，然而操纵却变得非常困难。突然，滑翔机因尾翼面破裂立即失稳，头部朝下撞回地面。佩尔策身受重伤，于10月2日离开了人世，年仅33岁。n在莱特兄弟之前，最后一位卓有成就的滑翔机名家是查纽特(O.Chanute，18321910)。他是美国土木工程师，1878年在访问英国时，因受维纳姆的影响和鼓励而走上航空发展之路。他广泛收集有关航空的各种著述和文献，并认真加以研究，进而对前人的成就和经验教训进行了独到的评述。1894年，出版飞行机器的发展，对航空先驱者有很大指导意义。n在李林塔尔的指导下，查纽特于1896年1897年设计和试验了全尺寸滑翔机，由助手试飞。他十分强调操纵性能，设计的滑翔机的尾翼组件是柔性的，可进行上下柔性操纵。这比李林塔尔的进了一大步。滑翔机由悬挂式改为坐式，大大减轻了驾驶员的负担。可以说，查纽特的双翼机是莱特兄弟之前最优秀的滑翔机。查纽特的助手曾驾驶它进行了700次安全的滑翔飞行，最远距离为120米。兰利的成就n兰利(S.P.Langley，18341906)n他是一位无论在唤起人们对航空的兴趣，还是在航空基本理论研究以及设计实践上都做出重要贡献的伟大先驱者。他是为数不多的研究航空问题的职业科学家之一；他是少数在理论和实践结合的基础上研制飞行器的人之一；他是在莱特兄弟之前最接近发明成功动力飞机的人。n塞谬尔兰利年轻时是一位铁路勘测和土木工程师。后来靠顽强自学，成为一个在数学、天文学、物理学领域具有良好造诣的人。1887年兰利任职于美国著名的史密森研究院，年底晋升为主席。n兰利很小就对鸟的飞行产生了极大的兴趣，带着奇异的思绪观看鹰的美妙飞行。他说：“很长时间鸟的飞行始终引起我遐想。我很少有看到鸟而不联想的时候。即使后来我也常常几小时观看鸟的自由翱翔，试图弄懂为什么鸟的翅膀即使不动，也能在空中上升、下降、翻腾。我想在空气中一定有什么秘密未被发现，它具有支配鸟的能力。”n1886年，他开始认真研究飞行问题。为此，他设计了旋臂塔并进行了大量的空气动力学实验，研究平板和鸟翼在空气中运动产生升力和空气阻力的规律。由此他得出了许多定量的结果，也指出了前人包括牛顿在研究中得出的错误结论。他得出了倾斜平板的升力规律是：升力与平板面积成正比，与速度平方成正比，与迎角的正弦成正比。这个公式在今天仍然是正确的。n1891年，他把这些研究结果总结写成空气动力学试验一书，在华盛顿史密森研究院出版。这部著作是较早的航空基础理论著作之一，受到查纽特和兰彻斯特等人的高度评价。兰利在书中明确地说：“通过过去几年的研究结果，我认为，可以制造出一种机器，当它的倾斜平面以一定的速度运动时，完全能够在空气中支持比空气重得多的全部机器重量，并且能够以极高的速度飞行”，而且“这种机器不仅在理论上是可能的，在工程上也是可以实现的”。n兰利在理论研究的同时，开始进行实际的设计工作。他首先着重解决的几个问题，一是动力问题；另一个是机翼(升力面)问题。他认为，理论研究结果并不能完全直接用于实际设计，他说：“对于一些重要问题的解决，我并不是靠具有解决这些问题的特殊知识，而是反复运用试错法。”n他首先进行了橡筋动力模型试验，一方面用于考察飞行器所需的动力大小，另一方面研究升力面的形状和面积，同时还可以研究它在飞行中的稳定性。到1901年前，他先后制造了大约40架模型，有单翼、双翼、平面翼、弯曲翼等各种机翼布局。n 1891年3月28日，他的一架橡筋动力模型进行了成功的飞行。尔后，他又进行了大量试飞试验，其中比较好的结果是留空时间为8秒，飞行距离30多米。n为了制造大型模型，必须具有更好的动力装置。他研究了各种动力装置，测量了各种燃料所含的能量，包括酒精，汽油，火药等。动力装置包括压缩空气式，碳酸气式，电池，蒸汽机和汽油机等。最后，他把精力集中在蒸汽机上面。他设计的蒸汽机原理很简单，用汽油或酒精加热螺旋管后(蒸汽发生器)，从一端输入水，另一端便产生高压蒸汽，靠这种蒸汽驱动小活塞以驱动螺旋桨产生拉力或推力。n他设计的第一架“空中旅行者”模型编号为第0号，总重量约22千克。发动机的设计功率为0.746千瓦。尔后他又设计了第1、2、3号“空中旅行者”，但都因发动机功率不足而放弃了。后来设计的第4号模型也未取得成功，也是因为发动机功率不足。n1894年兰利设计了第5号飞机模型，其发动机可产生0.746千瓦的功率，模型的结构同前面的相比最显著的变化是安装了纵向串联机翼。它的翼面积为2.62平方米，具有曲线弯度，弯度比为1/5。兰利通过研究表明，这种设计能实现最佳纵向稳定性。他指出，纵向稳定要使飞机重心、升力中心和发动机推力线达到平衡，而横向稳定性问题只要保证模型对称，并使机翼具有上反角即可容易达到。n1894年5月8日和6月7日号，第5号模型进行了飞行试验，但未获成功。10月25日和11月21日，它在试验中大约飞行了57秒。其后他又对发动机和结构进行了改进，模型重量达到11.2千克，推力也增加到59牛顿。1895年5月9日，第5号“空中旅行者”模型在试验时，飞行了近40米远，留空时间7.2秒。n第4号进行了重新设计和制造，改进包括重心调整，结构加强，但总重量却降低了，这架模型称为“新4号”，但它数次试飞都没有成功。后来了也采用了前后串联机翼，并安装了两个发动机，从而使新4号变成第6号“空中旅行者”。它的翼面积为5平方米，总重量12.12千克。第5号，第6号都有尾翼组件，起稳定和控制作用。n1896月5月6日的下午，第5号模型飞机进行了一次非常成功的飞行。它上升到约20米的高度，飞行距离达760米，飞行轨迹是螺旋状，一共有3圈。那天在场观看飞行的还有美国著名发明家亚里山大贝尔(A.G.Bell，18471922)。n 11月28日，第6号模型飞机进行了高度成功的飞行。由于有两台发动机，它的留空时间长达2分45秒，飞行达到1500米。它经历了数次下滑和上升以及转弯飞行，直线飞行距离超过520米。n兰利在1896年中取得的极大成功，是历史上第一架重于空气飞机成功地实现稳定持续飞行的事例，证明重于空气飞行器的可能性和现实性，在航空史上无疑应该重重地写上一笔。1897年，兰利在给史密森研究院的年度报告中指出，“我利用自己的试验取得的某种成功证明了重于空气飞行机器的可能性机械飞行现在已经实现。”n兰利完成了动力模型飞行试验，准备放弃进一步发展载人动力飞机的工作，留待后人进一步研究。他做出这个决定主要基于以下考虑，第一，他的目的只是想指出重于空气飞行器的可能性，并通过实际的动力模型加以证明；第二，载人飞行器的研究还需要解决许多已知和未知的问题；第三，他本人年事已高(当年62岁)，加之作为史密森研究院主席日常工作非常繁忙，难以再做更多的工作。n美国总统麦金利(W.McKinley，18431901)对兰利的试验很重视。1891年美国西班牙战争爆发后，他指定美国陆军和海军成立专门机构，考察兰利的试验工作并研究“制造能用于战争的全尺寸载人飞行机器的可能性”。他指示兰利承担大的“空中旅行者”的研究，制造和试验工作，提供50000美元的经费，同时，史密森研究院也提供了20000美元经费。n1892年12月12日，兰利在给国防部炮兵局的信中表示愿意承担此项工作。n在设计载人“空中旅行者”过程中，遇到的第一个重大问题是没有发动机。此外，兰利对机械设计也不甚熟悉。为此，他 把 刚 从 康 乃 尔 大 学 毕 业 的 曼 利(C.Manly)聘作助手。n在发动机方面，兰利在美国进行了多方面的考察，最后，同纽约的发动机设计师巴采尔(Barzer)签订了生产功率为8.9千瓦，重量不超过45千克的发动机，但巴尔采尔花费了许多资金研制出的发动机，性能不稳定，也达不到要求的指标。曼利借鉴了巴尔采尔设计的旋转式发动机，于1902年完成并试验了新型5缸星型水冷式汽油机，其功率达到38.8千瓦，而重量只有86千克。n 1899年，兰利和助手们对蒸汽机动力模型第5、6号进行了大量飞行试验。为了获得大飞机的稳定性设计经验，兰利设计了四比一比例模型。1901年6月18日，进行了试飞。由于发动机功率只有1.12千瓦，两次飞行，最好的只有120米，留空10秒。n这架模型飞机的改制工作1903年4月完成。同年8月14日，四比一比例模型在试飞中取得了高度成功。它在直线飞行120米后，转了一个圈，又直线飞行了一段距离，留空时间27秒，共飞行了约340米。这架模型的基本布局同以前的模型相似，其空中平衡性能有了较大提高。这为兰利研制成功全尺寸飞机增强了信心。在场观看飞行的曼利记述说：“这次飞行是一件大事，任何在场的人一生都不会忘记。”n全尺寸飞机空中旅行者金属骨架，两副机翼串联，一个尾翼组件，两副推进式螺旋桨，连起落方式都采用船上弹射起飞。空中旅行者全尺寸数据为：机长15.84米，翼展14.63米，翼面积总计96.6平方米。垂直安定面面积为17.6平方米。飞机总重约为331千克。飞机螺旋桨直径2.5米，螺距1.25米，倾角36。n1903年10月7日，曼利驾驶“空中旅行者”飞机在波托马克河上进行首次飞行试验。采用的起飞方式是在一艘船上安装了一个吊挂的弹射装置，飞机沿这个装置向前上方弹射而出。大约在午间12点，发动机点火并检验工作正常后，弹射装置施放并将飞机弹出。这时，只见“空中旅行者”倒栽葱式的头部朝下直扑河面。n1903年12月8日，修复后的“空中旅行者”再次进行了试验。这次仍然没有取得成功。据目击者声称，机身后部碰到了发射架。曼利说他在飞机弹射后感到尾部出现了强烈摇摆。整个飞机头部上仰，在一股风的吹动下立刻呈垂直状态。曼利在操纵舵面时飞机毫无反应。结果飞机尾部折断，“空中旅行者”垂直地落入水中。n纽约时报在编者按中说：“兰利的飞行机器尝试进行空中飞行的可笑惨败不是预料之外的。真正能够飞行的飞行机器可能还要花费数学家和机械学家一到一千万年共同的、不断的努力。”一时间，他过去的出色成就似乎都被失败的阴影掩盖了。资金缺乏，加之他年事已高，进一步的研究几乎是不可能的了。两年后即1906年2月27日，这位伟大的航空先驱者默默地离开了人世，享年72岁。n1914年6月，美国航空先驱者寇蒂斯、查姆等人对兰利的“空中旅行者”进行了修复，并加装了浮筒。这架飞机在水上起飞试验中取得了成功。这件事引起了长达几十年的有关兰利与莱特兄弟的飞机发明优先权之争。1896年飞机模