我们的飞行梦

我们的飞行梦从模仿到创新——飞行技术发展科普20201110湘江实验小学第三届科技节/////////////////////////////////////////////源起飞行——是人类自古以来的梦想……在古希腊神话中，有一位叫伊卡洛斯的英雄，他收集了很多羽毛，用蜡封起来，做了一双翅膀，装在了自己身上，他挥动羽翼，成功的飞了起来，他越飞越高，可是惩罚也终于飞来了！太阳强烈的阳光融化了封蜡，羽毛散开了，最终掉入了海里……你看，古代的人们就开始了思考怎样飞行，他们把目光放在了能够飞行的对象上——鸟！鸟儿通过扇动翅膀飞行，那……装一双翅膀，能成功飞起来吗？从神话到现实，无数人为此努力着……我们熟悉的达芬奇，他是早期研究鸟类飞行原理的先驱，他尝试发明过滑翔机、扑翼飞机和直升机，但在试验中遭到了失败。不过他系统研究鸟类飞行的原理，写出了论《鸟的飞行》一文。实际上，像鸟一样震动翅膀根本无法使人飞起来鸟类，有一系列适合飞行的身体特点，比如：骨骼是空心的，质量轻；胸肌特别发达，能够支持翅膀快速的振动；心脏与体重的比例是脊椎动物中最高的，能够保证高强度运动的血液供应；身体呈流线型，阻力小……人如果要具有相应的特点，后果比较严重：·空心的骨骼——极易导致骨折；·使用双手振动翅膀飞起来——需要胸肌要超过15米厚；·人类的心脏、呼吸系统不适应飞行的高空、高速环境；·……人们认识到，仅仅把鸟的翅膀移植到人类身上，不能使人飞起来；科学家开始研究鸟类飞行的深层原理：向上的升力前进的动力方向控制解决升力问题的人是“空气动力学之父”的英国人乔治·凯利爵士，他曾经试图模仿鸟类设计振翼的飞机，也就是让机翼像鸟的翅膀一样上下扇动，但是很快意识到那完全不可能，于是他回到了原点，重新审视鸟类翅膀的功能，发现它不只是提供前进的动力，还提供向上的升力，这个发现很重要。更重要的是，凯利发现了空气在不同形状的翼面流过时产生的压力不同，提出了通过固定机翼（而非振翼）提供飞行升力的想法。就是说，他意识到模仿鸟儿扑腾翅膀制造机翼不如让机翼自带升力。凯利不仅是一个理论家，更是实践者。1849年，凯利制造了一架三翼滑翔机，让一名10岁的小孩坐着它从山顶滑下（动力来自于人用绳子牵引），实现了人类历史上第一次载人滑翔飞行。四年后，也就是1853年，凯利又制造了可以操控的滑翔机，这次他成功地让一位成年人（他的马车夫）实现了飞行。这次飞行可能过程有点凶险，以至于这位马车夫随后辞职不干了。凯利对自己的研究工作都有详细的记述，特别是留下了《论空中航行》一书。在书中，凯利明确指出升力的机理与推力机理应该分开，人类飞行器不应该单纯模仿鸟类的飞行动作进行飞行，而应该用不同装置分别实现升力和动力，这为飞机的发明指出了正确的道路，并给了后来的莱特兄弟理论指导。在凯利之后，第二代飞行器发明家以德国的奥托·李林塔尔为代表。他是世界上最早实现自带动力滑翔飞行的人，也是最早实现重复成功地进行滑翔试验的人。但是李林塔尔过于重视升力，忽视了飞行的控制问题，他当时一直模仿鸟类通过自己平衡身体来控制，这条路其实走不通。李林塔尔更大的不幸是在工作方法上，他的理论研究和地面上的准备工作总是做得不充分，过分依赖飞行试验，1893年到1896年，他进行了2000多次的滑翔飞行试验。最终，李林塔尔在一次试验中不幸丧生了。他留给世人的最后一句话是：“总得有人为此牺牲。”他的事迹也激励着莱特兄弟这两位美国年轻人的工作。莱特兄弟是第三代发明家，在飞机的设计上，莱特兄弟最大的贡献是发明了控制飞机机翼的操作杆，从根本上解决了飞行的最后一个难题：飞机控制的问题。1903年12月17日，莱特兄弟首次试飞了完全受控、依靠自身动力、机身比空气重、持续滞空不落地的飞机，也就是世界上第一架飞机“飞行者一号”。中国的第一架飞机是冯如在1908年设计制造的“冯如一号”尽管莱特兄弟的“飞行者1号”只飞行了几十秒，并且最后飞机被狂风所损坏，但它完成了它的历史使命，开启了人类动力航空史。从表面的模仿翅膀，到飞行原理的研