飞机:从千年的飞行梦,到征服天空

1903年12月17日之前,人类仰望天空已经望了几千年。 飞机:从千年的飞行梦,到征服天空

神话里有会飞的神仙,达芬奇画过扑翼机草图,热气球让人类短暂离开了地面,但那是"飘"不是"飞"。真正像鸟一样靠自己的动力和控制自由翱翔——没人做到过。

当时主流科学界甚至断言,比空气重的动力飞行根本不可能。天文学家纽科姆说,第一架成功的飞行器承重不会超过一只昆虫。就在这种唱衰声中,两个俄亥俄州的自行车修理工,悄悄把不可能变成了可能。

千年飞行梦

人类想飞的念头,大概从看见鸟的那天起就有了。

中国神话里有嫦娥奔月,希腊神话里有伊卡洛斯用蜡和羽毛做翅膀,结果飞得离太阳太近摔进海里。这些故事背后,藏着同一种渴望——人也能飞起来该多好。

文艺复兴时期,达芬奇研究过鸟类飞行,画了几百张草图。但人类肌肉力量不够,靠扑翅膀飞不起来。

到了19世纪,人们换了思路——改滑翔。德国的奥托·李林塔尔是最有名的滑翔机先驱,造了二十多种滑翔机,做了两千多次飞行,还出了本书记录翼型升力数据。全世界搞飞行的都把他的数据当圣经用。可惜1896年,李林塔尔在滑翔中失控摔死了。

还有美国的兰利教授,史密森学会的头头,拿着政府拨款造"空中旅行者"号。他的思路是先飞起来再说控制。结果1903年10月,飞机从船上弹射出去,直接扎进波托马克河。报纸嘲笑他花了五万美元,造了个"空中潜水艇"。

那时搞飞行的人很多,但大多在碰运气。有人只关心升力,有人只关心动力,没人想过控制。

莱特兄弟不一样。他们认定,控制是飞行的核心难题。

自行车铺里的科学

威尔伯和奥维尔·莱特兄弟,在俄亥俄州代顿市开自行车店。哥俩没上过大学,但动手能力极强。

他们读了李林塔尔的书,也关注兰利的实验。别人看飞行是冒险,他们看飞行是工程问题。

他们把飞行拆成三个问题:升力、动力、控制。

先说控制。当时的人对飞行控制的理解基本停留在上下左右,但莱特兄弟知道,飞机在三维空间飞行,得有三个轴:俯仰、偏航、横滚。前辈们大多只关注前两个,横滚几乎没人管。可一阵侧风吹来,把一边机翼抬起来,不能迅速恢复水平的话,飞机立刻就会侧滑坠毁。

怎么解决横滚控制?答案来自一个寻常的下午。威尔伯在自行车铺里摆弄着一个装内胎的纸盒。他捏住两端向相反方向扭动,看到整个结构扭曲了——一个念头击中了他:如果机翼也能这样扭曲呢?让一边翼尖向上翘,另一边向下弯,不就能改变两侧机翼的升力吗?

这个叫"机翼翘曲"的构想,成了他们发明的基石。

接下来是升力。1901年,他们造了当时最大的滑翔机,跑到基蒂霍克的沙丘上试飞。结果惨不忍睹,升力只有理论值的三分之一,差点送了奥维尔的命。威尔伯说,人类要再过一千年才能学会飞行。

痛定思痛,他们开始怀疑——不是设计错了,是李林塔尔的数据本身有问题。

李林塔尔是当时的航空权威,全世界都在用他的数据表。但莱特兄弟不信邪:既然数据不可靠,就自己测。

他们用淀粉盒子、小风扇和废金属片,造了人类历史上第一个科学风洞。几个月测试了超过200种翼型,结果让他们震惊:许多"权威"数据被高估了将近一倍。

靠这套自己攒的空气动力学数据库,他们造了1902年款滑翔机。这架滑翔机表现完美,他们在沙丘上飞了近千次,最长一次持续了26秒。无动力飞行的艺术,他们已经完全掌握了。

飞行者一号

现在万事俱备,只差一台发动机。

他们需要一台至少8马力、不超过200磅的发动机。找了十几家厂商,没人愿意做。

那就自己造。他们找来了店里的机械师查理·泰勒,一个从没造过发动机的天才。六周时间,铝铸缸体,手工打造出一台四缸12马力的发动机,重180磅。

另一个难题是螺旋桨。当时的人想当然地认为,飞机螺旋桨就是船用螺旋桨搬上来用。但莱特兄弟意识到,螺旋桨本质上是旋转的机翼。他们用风洞数据设计,手工雕刻出两支8.5英尺长的木制螺旋桨,效率66%。

1903年秋天,他们带着全手工打造的"飞行者一号"回到基蒂霍克。飞机用云杉木和白棉布做成,飞行员得俯卧在下机翼上。每个部件都经过精确计算和测试。

12月14日第一次尝试。威尔伯赢了抛硬币先上。飞机刚离开滑轨就抬头太猛,失速栽在沙子里。哥俩修了三天。

12月17日,北风呼啸,气温只有零度左右。五个人从附近救生站过来帮忙,还有人带了相机。

上午10点35分,奥维尔驾驶飞机沿着滑轨慢慢加速,然后——它离开了地面。

它飞得摇摇晃晃的,像个学步的婴儿。但它确实在飞:靠自己的动力起飞,在空中持续飞行,完全受控制。12秒后,飞机落地,飞了120英尺。

威尔伯接着飞,12秒。然后奥维尔又飞,15秒。最后一次是威尔伯,飞了59秒,飞出852英尺。

四次飞行,最短的12秒,最长的不到一分钟。但这59秒,宣告了一个新时代的开始。

那天下午,一阵大风把飞行者一号吹翻报废。这架只飞了不到两分钟的飞机,完成了它的历史使命。

从战场到天空

飞机刚发明的时候,没人知道它能干啥。

第一个看到飞机价值的是军队。1909年,美国陆军买了第一架军用飞机侦察。但当时的将军们没当回事——飞机那么脆弱,飞得又慢,能顶什么用?

一战一爆发,答案就有了。

开战初期,飞机主要用来侦察。两边的飞行员在空中遇见了,还会挥挥手。

但这种"友好"没持续多久。有人带手枪上天,有人把机枪搬上飞机。真正的突破是射击协调器——让机枪子弹能从旋转的螺旋桨叶片之间穿过去。德国的福克E型战斗机装上之后,把协约国的飞机揍得够呛。

战争四年,飞机进化神速。1914年还是木头加帆布,到1918年已经有了全金属机身,速度翻了一倍。

一战结束后,大量退役飞机和飞行员没了用武之地,民航就这样起来了。

1919年,英国率先开通伦敦到巴黎的定期航班,用的是改装的轰炸机——炸弹舱拆了,塞几把藤椅就成了客舱。乘客得裹厚皮袄,因为机舱是敞篷的。但人们愿意坐,因为坐船要好几天,坐飞机两小时就到了。

美国的民航从邮运起步。1920年代,邮政局开了横贯大陆的航线,飞行员摸索出夜航和仪表飞行。

到1930年代,波音247和道格拉斯DC-3相继投入运营,飞机有了封闭客舱。从纽约飞洛杉矶,以前坐几天火车,现在只要十几个小时。

莱特兄弟不会想到,他们在沙丘上飞的那12秒,最终把整个世界变小了。以前跨越一个国家要几个星期,跨越一片大洋要几个月,现在都变成了几个小时。

1903年那个寒冷的12月早晨,当飞行者一号摇摇晃晃离开地面的时候,没人知道这玩意儿将来会变成什么样。但有一点是确定的——从那一刻起,人类再也不是只能在地面行走的物种。