飛機的過去·現(xiàn)在·未來

汪亞衛(wèi)

當人類剛剛邁入21世紀,我們馬上就要迎來飛機誕生百年的日子。當人們回顧20世紀100年間世界發(fā)生的重大事件時,幾乎所有的人都認為,美國人奧維爾·萊特和威爾伯·萊特兄弟,制造的人類第一架有動力可操縱的飛機,于1903年12月17日首次成功載人飛行,是20世紀人類最輝煌的創(chuàng)舉之一。飛機的發(fā)明,開辟了人類航空的新紀元,也改變了人類社會的方方面面。今天,軍用飛機已成為現(xiàn)代戰(zhàn)爭中克敵制勝最重要的武器裝備;民用飛機已成為現(xiàn)代社會最主要的交通運輸工具;各式各樣的飛機在當代社會發(fā)揮著越來越重要的作用。飛機使得地球變小,飛機使戰(zhàn)爭改變了模樣,飛機給世界帶來的巨變,是當初萊特兄弟發(fā)明飛機時根本無法想象的。今天人類已一天都離不開飛機了。

過去

人類自古以來就幻想著飛上藍天,這種幻想延續(xù)了幾千年之久,中國古代西漢時期的飛人試驗、中世紀歐洲人的跳塔撲翼飛行和其他先驅(qū)者的飛行探索都失敗了。在西方進入工業(yè)革命后的1788年6月,法國人蒙哥爾費兄弟利用麻布制成了熱氣球,同年11月21日,法國人羅齊埃和達爾朗乘坐這種熱氣球成功地完成了人類歷史上的首次飛行。1883年,汽油內(nèi)燃機的問世,使人們認識到飛機可以采用動力來驅(qū)動,美國科學家蘭利最先設計用內(nèi)燃機作為飛機動力,但他設計的飛機,因沒有解決飛機的穩(wěn)定操縱問題而試飛失敗。德國工程師李林達爾采用弓形翼解決了滑翔機飛行的穩(wěn)定操縱問題。美國人萊特兄弟則將滑翔機飛行穩(wěn)定操縱機構(gòu)與加裝內(nèi)燃機動力相結(jié)合,成功地制造并試飛了世界上第一架動力飛機——“飛行者”1號,從而揭開了飛機發(fā)展史的序幕。

在萊特兄弟制造并試飛動力飛機時,世界上多數(shù)人還將其視作一種探險行為,未能認識到飛機的實用價值,但當1909年,法國人布萊里奧駕駛飛機飛越英吉利海峽后,人們才發(fā)現(xiàn)了飛機在軍用和民用方面的實用價值。于是西方國家開始相繼建立本國的軍事航空隊,飛機的研制也從航空愛好者個人的小工棚中走出來,逐步形成了獨立的產(chǎn)業(yè)——航空工業(yè)。1910年,美國進行了飛機從大型軍艦上起飛的試驗。1913年,俄國人西科斯基設計了裝四臺發(fā)動機的大型飛機“伊里亞·穆羅梅茨”號。飛機的飛行性能在短期內(nèi)迅速得到提高,飛機本身也從雙翼機發(fā)展到單翼機,從木布結(jié)構(gòu)發(fā)展到全金屬結(jié)構(gòu),從敞開式座艙發(fā)展到密閉式座艙,從固定式起落架發(fā)展到可收放式起落架。

在第一次世界大戰(zhàn)期間,飛機被大量用于偵察、轟炸、對地攻擊、運輸甚至空戰(zhàn),并發(fā)揮了重要作用。整個“一戰(zhàn)”期間,各國共生產(chǎn)飛機約18萬架,生產(chǎn)活塞式航空發(fā)動機23萬臺?！耙粦?zhàn)”結(jié)束時,飛機速度達到220公里/小時,飛行高度達6000米,航程達440公里。在飛機用于軍事的同時,主要用于客運和郵運的民用飛機也應運而生。1919年6月,德國容克斯飛機公司首先推出了一種全金屬下單翼民用飛機——J-13,同年德國建立了國內(nèi)航線。隨后,英國、德國、美國和前蘇聯(lián)也先后研制出民用飛機并建立了航空運輸網(wǎng),其中美國波音公司和道格拉斯公司推出了波音274、DC-3等較先進的民用飛機。

第二次世界大戰(zhàn)中軍用飛機的作用更加顯著,空軍成了影響戰(zhàn)爭勝負的重要力量。在“二戰(zhàn)”的許多著名戰(zhàn)役中,軍用飛機成了克敵制勝的關鍵,如在攻克柏林的戰(zhàn)役中,前蘇聯(lián)第一天出動175萬架次飛機執(zhí)行轟炸和空戰(zhàn)任務,柏林上空出現(xiàn)了上千架飛機投彈和空戰(zhàn)的宏大場景。一些主要參戰(zhàn)國的航空工業(yè)在戰(zhàn)時迅速膨脹,如美國在1944年共有135萬人從事航空工業(yè)生產(chǎn),當年年產(chǎn)飛機突破10萬架,航空工業(yè)產(chǎn)值居本國工業(yè)產(chǎn)值第一位。航空技術(shù)在“二戰(zhàn)”期間也得到迅速發(fā)展,“二戰(zhàn)”末期活塞式飛機的最大速度已達780公里/小時。英國人惠特爾和德國人奧海因,在20世紀30年代發(fā)明的噴氣發(fā)動機技術(shù),在“二戰(zhàn)”期間分別在英國和德國被用于新研制的飛機上。但真正成功的噴氣式飛機出現(xiàn)于“二戰(zhàn)”后的美國和前蘇聯(lián),采用了噴氣發(fā)動機和后掠翼技術(shù)的美國F-86戰(zhàn)斗機和前蘇聯(lián)米格-15戰(zhàn)斗機,分別于40年代末和50年代初突破了最大速度1000公里/小時的大關。

20世紀50年代是噴氣式飛機迅速發(fā)展的年代,美國的F-100和前蘇聯(lián)的米格-19成為第一批突破“音障”的超音速戰(zhàn)斗機。與此同時,噴氣式民用運輸機——英國“彗星”投入使用。總重達150噸的高亞音速干線飛機波音707的誕生,把民用飛機帶入了新的發(fā)展階段。進入60年代以后,突破“熱障”的3倍音速以上的美國SR-71和前蘇聯(lián)米格-25、采用變后掠翼的美國F-111戰(zhàn)斗轟炸機、垂直/短距起降戰(zhàn)斗機“鷂”等機種的相繼出現(xiàn),使得飛機的性能和技術(shù)水平日益提高。在“二戰(zhàn)”結(jié)束后40多年的“冷戰(zhàn)”期間,美國與前蘇聯(lián)圍繞噴氣戰(zhàn)斗機技術(shù)展開了曠日持久的競爭,并帶動了飛機技術(shù)的全面發(fā)展。

第一代超音速戰(zhàn)斗機是50年代投入使用的美國F-100和前蘇聯(lián)的米格-19,其特點是采用后掠機翼,以近距格斗為主要作戰(zhàn)方式。美國的F-104、F-4和前蘇聯(lián)的米格-21和米格-23是第二代超音速戰(zhàn)斗機,其特點是最大速度達兩倍音速,具有全天候作戰(zhàn)能力。目前世界各國大量裝備和使用中的是70～80年代推出的以美國的F-15、F-16、前蘇聯(lián)的米格-29和蘇-27,以及法國的“幻影”2000為代表的第三代超音速戰(zhàn)斗機,它們具有高機動性能,能作全向探測和攻擊,并有電子戰(zhàn)能力。

現(xiàn)在

現(xiàn)代軍用飛機除了戰(zhàn)斗機以外,還有攻擊機、轟炸機、偵察機、預警機、反潛機、電子戰(zhàn)飛機,軍用運輸機、空中加油機等。除固定翼飛機外,直升機在對地攻擊、偵察、運輸、通信聯(lián)絡、搜索救援、反潛等方面也發(fā)揮著巨大的作用。軍用飛機已形成一個龐大的武器裝備體系,成為空軍、陸軍、海軍都不可缺少的主要武器裝備。軍用飛機以速度快、攻擊力強、作用距離遠、機動靈活、多功能等顯著特點成為現(xiàn)代戰(zhàn)爭中最重要的武器裝備。在“二戰(zhàn)”結(jié)束后世界上發(fā)生的一系列局部戰(zhàn)爭中,飛機的作用越來越大。特別是1991年的海灣戰(zhàn)爭和1999年以美國為首的北約對南斯拉夫的入侵,都是以空襲為主要作戰(zhàn)手段,包括F-117A和B-2等最先進的美國作戰(zhàn)飛機既充當打頭陣的角色,又貫穿于戰(zhàn)爭進行的全過程。預警機、武裝直升機、對地攻擊機以及無人機的作用,在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中也日益突出。承擔精確打擊任務、遠程運輸任務和戰(zhàn)場偵察任務的軍用飛機倍受各國軍方的重視。

民用飛機在當今世界也發(fā)揮著越來越大的作用。民用客機已取代遠洋客輪,成為人們洲際旅行的首選交通工具,航空運輸也成為發(fā)展速度最快的交通運輸方式。美國目前的航空客運周轉(zhuǎn)量已是鐵路客運量的80倍,空運業(yè)的發(fā)達與否已成為一個國家現(xiàn)代化水平的重要標志。目前,全世界各國共有約800家提供定期航班運輸?shù)暮娇展?它們擁有約2萬架商用客貨運輸飛機,其中噴氣飛機約占80%,其余20%為渦輪螺旋槳飛機。在用于國際航線和大城市間干線航運的乘坐120～500人的干線客機方面,美國波音公司的波音737、747、757、767、和777系列,以及歐洲空中客車工業(yè)公司的A300、A310、A320、A330、A340系列飛機已經(jīng)壟斷了世界空運市場。波音和空客兩大公司還在積極開發(fā)100座級和500座以上的新型客機,當今干線客機的技術(shù)日趨成熟,其飛行速度為高亞音速,由于普遍采用了大涵道比渦輪風扇發(fā)動機、超臨界機翼、主動控制技術(shù)、復合材料和數(shù)字化綜合航空電子技術(shù),使飛機在降低噪聲、減少油耗、減少排氣污染、提高安全性、舒適性和經(jīng)濟性等方面有了長足進步。

用于中小城鎮(zhèn)之間并與大城市相連的支線航線飛行的支線客機市場競爭十分激烈。能研制生產(chǎn)19～100座級支線客機的既有美國、俄羅斯、加拿大、法國、英國、德國等航空大國,也有巴西、中國、印尼等發(fā)展中國家。當今支線客機有渦扇動力和渦槳動力兩類,其發(fā)展趨勢是渦扇動力支線客機更為市場所歡迎。支線客機技術(shù)的發(fā)展趨勢是提高巡航速度、降低噪聲、提高舒適性和經(jīng)濟性。

除了客、貨運輸外,飛機在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、牧業(yè)、林業(yè)、公安、勘探、環(huán)保、氣象、測繪、體育、旅游和公務飛行等方面也有著廣泛用途,這類飛機稱為通用航空飛機。全世界通用航空飛機的數(shù)量約為定期航班客貨飛機數(shù)量的10倍,其中包括大量直升機。能生產(chǎn)通用航空飛機的國家更多,但大量擁有并廣泛使用通用航空飛機的主要是一些發(fā)達國家。通用航空飛機主要是私人飛機,其動力裝置采用渦扇、渦噴、渦槳和活塞發(fā)動機的都有,除用于公務飛行的公務機外,通用航空飛機一般造價較低,不可能采用很先進的技術(shù)和設備,因此其事故率相對較高。

飛機的未來會如何呢﹖答案是前景無限。在軍用飛機方面,以美國的F-22為代表的第四代超音速戰(zhàn)斗機即將投入使用,其特點是采用具有隱身能力的外形布局,部分機體結(jié)構(gòu)采用復合材料,裝推力可轉(zhuǎn)向的先進渦扇發(fā)動機,帶有可離軸發(fā)射和發(fā)射后不管的空空導彈。與第三代戰(zhàn)斗機相比,第四代戰(zhàn)斗機的機動能力更強,可超音速巡航,有短距起降和隱身能力,并能進行遠距離、多目標全向攻擊和精確打擊。美國已經(jīng)選定的洛克希德·馬丁公司研制的JSF屬于低成本、小噸位的第四代戰(zhàn)斗機范疇。俄羅斯也正在研制與F-22和JSF對抗的第四代戰(zhàn)斗機。

未來

在新世紀可能出現(xiàn)一些新型的軍用飛機,如速度達M5的高超音速飛機,以用于空間運輸或奪取戰(zhàn)爭中的制空權(quán)。美國空軍甚至提出在2025年要裝備M12～15的高超音速飛機。無人戰(zhàn)斗機也是可能在新世紀出現(xiàn)的新型軍用飛機,其特點是重量輕、成本低、機動性好、留空時間長,美國已經(jīng)開始了對無人戰(zhàn)斗機的前期研究。還有可能出現(xiàn)的是用于偵察、電子對抗、目標指示等的微型飛行器,其翼展可能在20厘米以內(nèi),起飛重量在100克以內(nèi),便于單兵攜帶。現(xiàn)在還有僅相當于郵票大小的微型直升機方案。這類微型飛行器將隨著納米技術(shù)和微機電的發(fā)展而逐步出現(xiàn)。預計在新世紀,傾轉(zhuǎn)旋翼機、復合旋翼機和X翼旋翼機也將得到發(fā)展。特別是復合旋翼機,巡航時呈固定翼狀態(tài),速度可達500～600公里/小時,而起降和執(zhí)行任務時又可呈直升機狀態(tài),是一種具有實用價值的新型軍用飛行器。

民用飛機的未來發(fā)展一是更快,二是更舒適,也許還會更大。20世紀60年代,由英、法研制了“協(xié)和”超音速客機,下一代出現(xiàn)的超音速客機不僅在速度上將達到“協(xié)和”的兩倍以上,其油耗、經(jīng)濟性和舒適性都將大大優(yōu)于“協(xié)和”。未來的第二代超音速客機從洛杉磯飛往東京,將從現(xiàn)在的10小時減少到4小時,估計它將在2020年前后投入運營。波音公司最近推出的“音速巡航者”客機方案,速度達M095,航程超過17000公里,預計這種于2006年左右投入使用的新型客機,比現(xiàn)有客機速度可提高20%左右。使飛機更舒適是人們共同的愿望,按照航空工程師的設想,未來的客機將類似星級賓館,不僅寬敞,而且有眾多休閑服務。還有的設計將未來機身與機翼融和形成“飛翼”布局,客艙如同一座大型劇場,十分寬闊。對于客機是否應當更大一點,航空界意見還不一致,歐洲的空中客車公司已起步搞500～800座的巨型客機A380,該機航程可達14000～16000公里,運營成本比波音747顯著減少。支持客機大型化的理由是現(xiàn)在的機場太擁擠,而今后航空運輸將持繼增長。此外,民用的復合旋翼機、傾轉(zhuǎn)旋翼機也正在出現(xiàn)。

新的世紀將創(chuàng)造新的奇跡。飛機百年改變了世界,推動了人類文明的發(fā)展。從1903年飛機發(fā)明到1969年人類實現(xiàn)登月,人類歷經(jīng)了66年,在不足一個人生命周期的時期內(nèi)竟發(fā)生了如此巨大的變化。那么再過66年,再過100年,飛機技術(shù)會發(fā)展到何等程度?我們相信,人類乘坐空天飛機直接飛出地球并返回的日子將為期不遠,到那時,人們將坐在飛機座艙內(nèi)指著遠處的地球自豪地說:“我是從那兒飛來的?！?/p>

科學技術(shù)無止境,我們有理由相信,飛機的未來將會更加激動人心。

責任編輯:京勉 ■