漫談飛機(jī)

雄鷹為什么能在天空翱翔？人類經(jīng)過(guò)無(wú)數(shù)次模仿鳥(niǎo)的翅膀，最終制造了飛機(jī)的機(jī)翼，從而實(shí)現(xiàn)了遨游天空的夢(mèng)想.讓我們跟隨著人類飛天的夢(mèng)，由模糊漸清晰，一步步夢(mèng)想成真.

一、遠(yuǎn)古的飛天夢(mèng)想

我國(guó)古代勤勞勇敢的勞動(dòng)人民對(duì)于絢麗的天空、翱翔的蒼鷹早就有著各種美妙的幻想.根據(jù)秦漢時(shí)期史書(shū)記載，兩千多年前，我國(guó)人民就發(fā)明了風(fēng)箏，并且應(yīng)用于軍事聯(lián)絡(luò).春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)代，魯國(guó)匠人魯班，首先開(kāi)始研制能飛的木鳥(niǎo).西漢時(shí)期，有人用鳥(niǎo)的羽毛做成翅膀，從高臺(tái)上飛下來(lái)，企圖模仿鳥(niǎo)的飛行.據(jù)《杜陽(yáng)雜編》記載，唐朝有個(gè)人名叫韓志和，“善雕木作鸞、鶴、鴉、鵲之狀，飲啄動(dòng)靜與真無(wú)異，以關(guān)戾置于腹內(nèi)，發(fā)之則凌云奮飛，可高達(dá)三丈至一二百步外，始卻下”.以上幾例，足以說(shuō)明我國(guó)古代勞動(dòng)人民對(duì)鳥(niǎo)類的撲翼和飛行，進(jìn)行了細(xì)致的觀察和研究，這也是最早的仿生設(shè)計(jì)活動(dòng)之一.

外國(guó)的文明史上，大致也經(jīng)歷了相似的過(guò)程.在包含了豐富生產(chǎn)知識(shí)的古希臘神話中，有人用羽毛和蠟做成翅膀，逃出迷宮.15世紀(jì)時(shí)，德國(guó)的天文學(xué)家米勒制造了一只鐵蒼蠅和一只機(jī)械鷹，并進(jìn)行了飛行表演.

二、化繭為蝶，實(shí)現(xiàn)飛天夢(mèng)想

1800年左右，英國(guó)科學(xué)家、空氣動(dòng)力學(xué)的創(chuàng)始人之一——?jiǎng)P利，模仿鱒魚(yú)和山鷸的紡錘形，找到阻力小的流線型結(jié)構(gòu).凱利還模仿鳥(niǎo)翅設(shè)計(jì)了一種機(jī)翼曲線，對(duì)航空技術(shù)的誕生起了很大的促進(jìn)作用.同一時(shí)期，法國(guó)生理學(xué)家馬雷，對(duì)鳥(niǎo)的飛行進(jìn)行了仔細(xì)研究，在他的著作《動(dòng)物的機(jī)器》一書(shū)中，介紹了鳥(niǎo)類的體重與翅膀面積的關(guān)系.德國(guó)人亥姆霍茲也從研究飛行動(dòng)物中，發(fā)現(xiàn)飛行動(dòng)物的體重與身體的線度的立方成正比.亥姆霍茲的研究指出了飛行物體身體大小的局限.通過(guò)對(duì)鳥(niǎo)類飛行器官的詳細(xì)研究和認(rèn)真的模仿，根據(jù)鳥(niǎo)類飛行機(jī)構(gòu)的原理，德國(guó)人奧托·利連塔爾終于在1870年制造了第一架滑翔機(jī).

利連塔爾是19世紀(jì)末的一位具有大無(wú)畏冒險(xiǎn)精神的人，他望著家鄉(xiāng)波美拉尼亞的鸛用笨拙的翅膀從他房頂上飛過(guò)，堅(jiān)信人也能飛行.1891年，他開(kāi)始研制一種弧形肋狀蝙蝠翅膀式的單翼滑翔機(jī)，自己還進(jìn)行試飛.此后5年，他進(jìn)行了2000多次滑翔飛行，并同鳥(niǎo)類進(jìn)行了對(duì)比研究，提供了很有價(jià)值的資料，后來(lái)他制造出了能夠載人飛行的滑翔機(jī).

19世紀(jì)末，內(nèi)燃機(jī)的出現(xiàn)給了人類一直夢(mèng)寐以求的東西：翅膀.不用說(shuō)這種翅膀是笨拙的、原始的和不可靠的，然而這卻是使人類能隨風(fēng)伴鳥(niǎo)一起飛翔的真正的翅膀.

終于在1903年，萊特兄弟在用風(fēng)箏和滑翔機(jī)進(jìn)行了成千次飛行后，發(fā)明了帶滑橇的“飛行者1號(hào)”雙翼飛機(jī)，實(shí)現(xiàn)了人類第一次自主操作飛行.盡管當(dāng)時(shí)的飛行距離僅有260m，歷時(shí)59s，但卻開(kāi)創(chuàng)了人類航空史的新紀(jì)元.

三、飛機(jī)的起飛原理

飛機(jī)具有兩個(gè)最基本的特征：其一是它自身的密度比空氣大，并且它是由動(dòng)力驅(qū)動(dòng)前進(jìn)；其二是飛機(jī)有固定的機(jī)翼，機(jī)翼提供升力使飛機(jī)翱翔于天空.不具備以上特征者不能稱之為飛機(jī)，這兩條缺一不可.譬如：一個(gè)飛行器它的密度小于空氣，那它就是氣球或飛艇；如果沒(méi)有動(dòng)力裝置，只能在空中滑翔，則被稱為滑翔機(jī)；飛行器的機(jī)翼如果不固定，靠機(jī)翼旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生升力，就是直升機(jī)或旋翼機(jī).那么是什么力量使飛機(jī)升空的呢？

要知道飛機(jī)起飛的原因，先要知道流體力學(xué)中的一個(gè)基本原理：流速與壓力成反比.即空氣流動(dòng)得越快，空氣的壓力就越小，反之亦然.我們可以做一個(gè)有名的簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)：左右手各拿一張紙，保持一定距離放在嘴前，嘴在兩紙間輕輕吹氣，你會(huì)發(fā)現(xiàn)，兩張紙不是被你吹開(kāi)，而是被你吹攏.因?yàn)閮杉堥g的空氣流動(dòng)了，壓力變小了，而兩紙的外側(cè)一面的空氣沒(méi)有流動(dòng)，壓力相對(duì)增大了，紙便被空氣往里“壓”了.

知道了流體力學(xué)的這個(gè)原理，飛機(jī)起飛的原理就好理解了.我們來(lái)看飛機(jī)的機(jī)翼構(gòu)造（如圖所示）.

原來(lái)，飛機(jī)的機(jī)翼的上下兩側(cè)的形狀是不一樣的，上側(cè)的要凸些，而下側(cè)的則要平些.當(dāng)飛機(jī)滑行時(shí)，機(jī)翼在空氣中移動(dòng)，從相對(duì)運(yùn)動(dòng)來(lái)看，等于是空氣沿機(jī)翼流動(dòng).由于機(jī)翼上下側(cè)的形狀是不一樣的，機(jī)翼上側(cè)的空氣比下側(cè)的空氣流過(guò)了較多的路程（曲線長(zhǎng)于直線），在同樣的時(shí)間內(nèi)，也即機(jī)翼上側(cè)的空氣流動(dòng)得比下側(cè)的空氣快.根據(jù)流動(dòng)力學(xué)的原理，當(dāng)飛機(jī)滑動(dòng)時(shí)，機(jī)翼上側(cè)的空氣壓力要小于下側(cè)，這就使飛機(jī)產(chǎn)生了一個(gè)向上的升力.當(dāng)飛機(jī)滑行到一定速度時(shí)，這個(gè)升力就達(dá)到了足以使飛機(jī)飛起來(lái)的力量.于是，飛機(jī)就飛上了天.

但是在繼續(xù)研制飛行更快更高的飛機(jī)時(shí)，設(shè)計(jì)師又碰到了一個(gè)難題，就是氣體動(dòng)力學(xué)中的顫振現(xiàn)象.當(dāng)飛機(jī)飛行時(shí)，機(jī)翼會(huì)發(fā)生有害的振動(dòng)，飛行越快，機(jī)翼的顫振越強(qiáng)烈，甚至使機(jī)翼折斷，造成飛機(jī)墜落，許多試飛的飛行員因此喪生.飛機(jī)設(shè)計(jì)師們?yōu)榇嘶ㄙM(fèi)了巨大的精力研究消除有害的顫振現(xiàn)象，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的努力才找到解決這一難題的方法.就在機(jī)翼前緣的遠(yuǎn)端上安放一個(gè)加重裝置，這樣就把有害的振動(dòng)消除了.可是，昆蟲(chóng)早在三億年以前就飛翔在空中了，它們也毫不例外地受到顫振的危害，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的進(jìn)化，昆蟲(chóng)早已成功地獲得防止顫振的方法.生物學(xué)家在研究蜻蜓翅膀時(shí)，發(fā)現(xiàn)在每個(gè)翅膀前緣的上方都有一塊深色的角質(zhì)加厚區(qū)——翼眼或稱翅痣.如果把翼眼去掉，飛行就變得蕩來(lái)蕩去.實(shí)驗(yàn)證明正是翼眼的角質(zhì)組織使蜻蜓飛行的翅膀消除了顫振的危害，這與設(shè)計(jì)師高超的發(fā)明何等相似.假如設(shè)計(jì)師們先向昆蟲(chóng)學(xué)習(xí)翼眼的功用，獲得有益于解決顫振的設(shè)計(jì)思想，就可似避免長(zhǎng)期的探索和人員的犧牲了.面對(duì)蜻蜓翅膀的翼眼，飛機(jī)設(shè)計(jì)師大有相見(jiàn)恨晚之感！

四、飛機(jī)的分類

飛機(jī)有直升機(jī)與普通飛機(jī)兩種，不可否認(rèn)，直升機(jī)和普通飛機(jī)有些共同點(diǎn).比如，都是飛行在大氣層中，都重于空氣，都是利用空氣動(dòng)力的飛行器，但直升機(jī)有其獨(dú)有特性.飛機(jī)靠它的固定機(jī)翼產(chǎn)生升力，而直升機(jī)是靠它頭上的槳葉（螺旋槳）旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生升力.

（1）直升機(jī)的大螺旋槳旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生升力平衡重力.

普通機(jī)是靠固定機(jī)翼產(chǎn)生升力起飛的，而直升飛機(jī)是靠頭上的槳葉（螺旋槳）旋轉(zhuǎn)，撥動(dòng)空氣產(chǎn)生升力的.直升機(jī)起飛時(shí)，螺旋槳越轉(zhuǎn)越快，產(chǎn)生的升力也越來(lái)越大，當(dāng)升力比飛機(jī)的重量還大時(shí)，飛機(jī)就起飛了.在飛行中飛行員通過(guò)改變大螺旋槳旋轉(zhuǎn)的速度就可以調(diào)節(jié)高度了.

（2）直升機(jī)的橫向穩(wěn)定.

直升機(jī)如果只有大螺旋槳旋，那么根據(jù)動(dòng)量守恒，機(jī)身就也會(huì)旋轉(zhuǎn)，因此直升機(jī)就必須要一個(gè)能夠阻止機(jī)身旋轉(zhuǎn)的裝置.而飛機(jī)尾部側(cè)面的小型螺旋槳就是起到這個(gè)作用，飛機(jī)的左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)或保持穩(wěn)定航向都是靠它來(lái)完成的.同時(shí)為了不使尾槳碰到旋翼，就必須把直升機(jī)的機(jī)身加長(zhǎng)，所以，直升飛有一個(gè)像蜻蜓式的長(zhǎng)尾巴.

五、飛機(jī)發(fā)展前景

隨著飛機(jī)的不斷改進(jìn)，它們逐漸失去了原來(lái)那些笨重而難看的體形，它們變得更流暢，更簡(jiǎn)單，更加實(shí)用.如今飛機(jī)不論在速度、高度和飛行距離上都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了鳥(niǎo)類.

無(wú)人機(jī)是“無(wú)人駕駛飛機(jī)”的簡(jiǎn)稱，主要依靠無(wú)線電遙控或向其輸入程序指令實(shí)現(xiàn)自主控制飛行.它是當(dāng)今高技術(shù)武器裝備之一，廣泛運(yùn)用于戰(zhàn)場(chǎng)偵察、電子對(duì)抗、空中打擊等諸多軍事行動(dòng)，被譽(yù)為現(xiàn)代戰(zhàn)場(chǎng)的“千里眼”和“殺手锏”.

目前，西方一些軍事強(qiáng)國(guó)正在積極從事應(yīng)用地表效應(yīng)制造地效飛機(jī)的研究，而且有些樣機(jī)已經(jīng)走出了實(shí)驗(yàn)室.據(jù)報(bào)道，最近我國(guó)已研制成功具有國(guó)際先進(jìn)水平的地效飛機(jī)，也稱氣墊飛行器.它是飛機(jī)和艦艇的“混合物”，形似飛機(jī)，又具有船身，能貼近海面或地平面高速飛行.

許多軍事家預(yù)言，地效無(wú)人飛機(jī)將成為現(xiàn)代立體戰(zhàn)爭(zhēng)的組成部分，在軍事上應(yīng)用前景十分廣闊，如可用于登陸運(yùn)輸，反潛和布雷等任務(wù).同時(shí)民用方面使用前景也十分廣闊，如可用于海上和內(nèi)河快速運(yùn)輸，海情偵察，水上救生等.