1901年
莱特兄弟[美]制造出第二架滑翔机 莱特兄弟的第一号滑翔机由于采用的升力和阻力数据不准确,设计上存在问题,因此飞行性能不高,载人时甚至根本飞不起来。为此,他们又设计制造了第二架滑翔机。它的尺寸有所增加,试飞时滑翔距离有所提高,基本上能实现完全操纵。但飞行性能仍然偏低。
贝尔森[德]和苏瑞[德]创造飞行高度纪录 利用气球进行高空探测是当时的科学前沿。1901年1月31日,德国气象学家贝尔森(Arthur Berson,1859—1943)和苏瑞(Reinhard Suering,1866—1950)乘坐一只氢气球进行高空飞行,气球吊篮中安装有测量温度、压力和飞行高度的仪器。他们带上了面具和皮衣,也携带了氧气瓶。当气球飞到5 000米的时候,二人开始使用氧气。当升到10 225米的时候,气温是-39.7 ℃,这时输氧管发生阻塞,苏瑞失去知觉。贝尔森也感到很虚弱,他连忙拉动排气阀,使气球下降。当降至6 000米后,两人都恢复了正常。在空中飞行约8小时后,他们安全着陆。高度表上记录的最大高度是10 800米,这一纪录一直保持长达26年之久。
贝尔森和苏瑞创气球飞行高度纪录
兰利[美]研制成功四分之一飞机模型 美国科学家兰利(Samuel Pierpont Langley,1834—1906)在19世纪后期开始进行空气动力学理论和实验研究,1891年出版《空气动力学实验》。此后,他研制了一系列动力飞机模型。1891年3月28日,他的橡筋动力模型飞机试飞成功。1894—1896年,他的多架蒸汽机动力飞机模型研制并试飞成功。受美国总统麦金莱(William Mckinley,1843—1901)之托,他在1898年承担了载人飞机“空中旅行者”研制任务。为研制全尺寸飞机,他和助手先研制了四分之一比例模型。它采用汽油发动机,这是汽油发动机首次用作飞机动力。这架模型成了全尺寸飞机的基本设计依据。同年8月8日,四分之一比例“空中旅行者”飞机模型再次试飞成功。
桑托斯-杜蒙发明汽油机飞艇
桑托斯-杜蒙[巴]研制成功汽油机飞艇 继法国工程师吉法尔之后,1884年,法国人雷纳德和克雷布斯制造的“法兰西”号飞艇完成了第一次完全可控制的飞行,它采用直流电动机作为动力装置。旅居法国的巴西人桑托斯-杜蒙第一个把汽油发动机成功地用在飞艇上,使飞艇初步达到实用化。1901年10月19日,他驾驶着第6号飞艇围绕埃菲尔铁塔飞行一周后安全返回原地。飞行时间29分31秒。他因此赢得了125 000法郎的奖金。他的成功向人们展示了新的动力技术将使飞艇成为一种完全实用的航空器。自1899年开始,他共建造了14艘以汽油发动机为动力的小型飞艇。
埃菲尔[法]建造成功开口式回流风洞 自从1871年韦纳姆建造了第一座风洞以来,风洞和风洞实验技术得到了长足发展。早期风洞采用开路式,容易受到干扰。法国工程师埃菲尔(Alexandre Gustave Eiffel,1832—1923)将直流式风洞首尾相连,形成封闭回路。气流在风洞中循环回流,既节省能量,又不受外界的干扰。普朗特(Ludwig Prandtl,1875—1953)[德]进一步做了改进,建造了闭口式回流风洞。
埃菲尔
埃菲尔回流式风洞
安休茨[德]提出陀螺罗盘原理 19世纪,傅科(Léon Foucault,1819—1868)[法]、开尔文(Thomson William Baron Kelvin,1824—1907)[英]和西门子(Werner von Siemens,1816—1892)[德]都研制过陀螺仪,傅科还用陀螺仪显示了地球的自转。早期陀螺仪不能实现持续旋转,因而没有达到实用化。针对潜艇在水下航行的指向问题,德国工程师安休茨(Herman Anschütz-Kaempfe,1872—1931)提出利用电动陀螺仪加指示机构和修正机构,可以制成陀螺罗盘,为潜艇指示方向。他的设想后来得到了成功实现。
1902年
莱特兄弟[美]试飞第三号滑翔机 莱特兄弟过去设计的滑翔机都采用现成的升力和阻力数据,结果性能不理想。为此,他们决定自己开展试验,取得第一手数据。1901年9月至1902年8月,他们通过自制风洞进行了翼型、升力和阻力实验。利用新的数据,他们研制了第三号滑翔机,尺寸、翼型和弯度都有较大改进。它的性能包括飞行距离和稳定性等指标大大超过了以往的先驱者。最好距离可达180米,飞行了270多次。这架滑翔机成了动力飞机的直接基础。1903年3月23日,莱特兄弟据此申请了飞机设计专利。
库塔[德]提出升力理论 受滑翔飞行大师李林塔尔滑翔飞行的吸引,库塔(Martin Wilhelm Kutta,1867—1944)致力于研究机翼产生升力的本质问题。19世纪后期亥姆霍兹(Hermann von Helmholtz,1821—1894)[德]、开尔文、瑞利(John William Strutt Rayleigh,1842—1919)[英]等人为解释马格努斯(Heinrich Gustav Magnus,1802—1870)效应,曾提出了环流、环量以及环量守恒等概念和理论。库塔通过研究,用环流理论圆满解释了升力产生的机制。他于同年发表论文《流体的升力》,提出了完整的空气升力的环流理论。这个理论是空气动力学理论的第一项重大成果,对飞机设计和气动理论研究都有重要意义。
1903年
兰利[美]研制的全尺寸飞机“空中旅行者”试飞失败 兰利的四分之一比例模型试飞成功后,他的全尺寸飞机几乎采用了它的全部设计特点,包括前后串置机翼、起飞方式等。由于在设计制造过程中,单纯比例放大的特点很明显,飞机存在强度和刚度不够、动力不足等问题,这架飞机在1903年10月7日由曼利(Charles Matthews Manly,1876—1927)[美]驾驶进行首次试飞时失败。同年12月8日“空中旅行者”号再次试飞又失败了,官方因此停止资助。
兰利(右)和曼利
兰利的“空中旅行者”飞机(复制品)
莱特兄弟[美]发明成功飞机 李林塔尔1896年因滑翔事故牺牲的消息促使莱特兄弟致力于航空研究。此后几年间,他们广泛阅读有关文献并对前人的经验教训进行了认真分析。他们认识到,稳定性与操纵性是研制成功飞机的关键问题,同时必须通过滑翔飞行试验积累飞机操纵经验。他们受鸟的启示,于1899年发明了机翼翘曲结构使飞机保持稳定。接着进行风筝和滑翔机试验,证明了这种结构产生稳定的有效性。他们先后研制了3架滑翔机,前两架虽然具有良好的稳定性和操纵性,但飞行性能不佳。于是,他们自制了一架小型风洞,开展机翼翼型及升阻力特性研制。利用自己得出的数据,他们研制了第三号滑翔机,并取得了很大成功。在此基础上,他们设计了动力飞机“飞行者一号”。莱特自行车公司技师查理·泰勒(Charles Edward Taylor,1868—1956)设计制造了四缸水冷式汽油活塞发动机。它能够长时间发出达到9千瓦的功率,峰值功率可达12千瓦。“飞行者一号”翼展12.3米,翼面积47.4平方米,机长6.43米,总质量约360千克。1903年12月17日上午11时,奥维尔·莱特驾驶“飞行者一号”飞行成功,留空时间12秒,飞行距离约36.6米。当天“飞行者一号”成功地进行了四次飞行。最后一次飞行由威尔伯·莱特驾驶。最好成绩是:留空时间59秒,飞行距离260米。这是一项伟大的历史性成就:它是人类历史上首次有动力、载人、持续、稳定、可操纵的重于空气飞行器的首次成功飞行,开创了航空新时代。
“飞行者一号”试飞成功
埃林[挪]试验成功燃气轮机 燃气轮机的思想和原理早已有之。中国宋朝时出现的“走马灯”就体现了燃气轮机原理。达·芬奇也有过类似设计。1791年,巴伯(James Barber,1734—1801)[英]获得了最早的燃气轮机设计专利。巴伯的设计虽然十分粗糙,但已经具备了现代燃气轮机最主要的组成部分。1870年后,在高速动力装置需求的推动下,蒸汽机与水轮机的发展结合在一起,产生了一种新的动力机——蒸汽轮机。几乎与此同时,内燃机也诞生了。拉图(Auguste Rateau,1863—1930)[法]将内燃机与涡轮机结合起来,设计并制造了一台燃气轮机,在巴黎涡轮机协会的主持下进行了试验。这台燃气轮机的热效率不高,但它是世界上第一个产生净功的燃气轮机,为涡轮喷气发动机的发明奠定了基础。埃林(William Aegidius Elling,1861—1949)[挪]早在1884年就获得了气体涡轮的专利。1903年他利用压气机和气体涡轮组合,输出的功率达8千瓦,足以使各部件自主正常运转。
1904年
许尔斯迈尔[德]获得雷达专利 1887年,赫兹(Heinrich Hertz,1857—1894)[德]在检验麦克斯韦(James Clerk Maxwell,1831—1879)[英]电磁波理论时发现电磁波具有反射特性。1898年,波波夫(Alexander Stepanovich Popov,1859—1906)[俄]发现障碍物对无线电波传播的影响,提出用电磁波进行导航的可能性。1900年,特斯拉(Nikola Tesla,1856—1943)[美]阐述了反射无线电波的作用原理并提出利用无线电反射可以探测行走的船只的位置。德国科学家许尔斯迈尔(Christian Hülsmeyer,1881—1957)设想利用无线电反射波测量发现附近的船只,以防相撞。他试制的装置在试验时取得成功,但因作用距离太近而未得到军方重视。
普朗特
普朗特[德]提出边界层理论 升力理论是以无黏流假设为基础的。对于具有黏性的真空流体,德国流体力学家普朗特(Ludwig Prandtl,1875—1953)首次引入边界层概念,给出了无黏流和黏性流之间较简单的联系。他认为,空气黏性的影响可以局限在与固体表面相邻的一个很薄的区域内,这个区域就是边界层。在边界层外,可用无黏方程进行处理;在边界层内,黏性运动方程可以进行简化。布拉修斯(Paul Richard Heinrich Blasius,1883—1970)[德]在1907年满意地解决了层流边界层问题,导出了与实验数据一致的层流摩擦力定律。边界层理论是继升力的环流理论之后,空气动力学的第二项重大成就。它在理论和实践上都具有十分重要的意义。
爱斯诺-贝尔特利
爱斯诺-贝尔特利[法]首次在滑翔机上安装副翼 1904年5月,法国发明家和航空先驱爱斯诺-贝尔特利(Robert Esnault-Pelterie,1881—1957)仿制了一架莱特式的滑翔机,依据的资料主要是莱特兄弟滑翔机的说明书。这架滑翔机在试验时并不理想,于是他对莱特式滑翔机的结构、稳定和操纵特性进行重点改进,研制了第二号滑翔机。这架滑翔机最大的特点是:它在航空史上首次给飞机加装了副翼。它的副翼呈矩形,用支架对称安装在机翼后缘。副翼后来又经过了大量改进,几乎用于每一架飞机上。它是飞机横滚、侧滑等操纵的基本气动部件。
拉瓦瓦索欧
拉瓦瓦索欧[法]研制成功新型航空发动机 法国发动机工程师和发明家拉瓦瓦索欧(Léon Levavasseur,1863—1922)设计的“安东尼特”发动机主要技术改进是采用蒸发冷却和燃料直接注入方式,提高了功率质量比。这种发动机于1904年最初在摩托艇上进行了试验,效果很好。1905年,他设计制造的V型水冷式发动机达到了37千瓦的功率,质量只有50千克左右,质量功率比降低到1.35千克/千瓦。其缺点是可靠性较差。
雷纳德[法]发明旋翼挥舞铰接技术 19世纪末和20世纪初,有许多人设计制造了直升机,都没有取得成功。这些直升机形式上差别很大,但旋翼与桨毂的连接方式都采用刚性连接。法国人雷纳德(Charles Renard,1847—1905)设计的直升机由内燃机驱动,也没有取得成功,但桨叶与桨毂间采用了铰接的连接方式,因而发明了旋翼挥舞铰接技术。后经西班牙人谢尔瓦 (Juan de la Cierva,1895—1936)的极大改进,旋翼挥舞铰接方式成为所有直升机的标准旋翼连接形式。
普朗克[德]提出吹气层流控制方法 自从普朗克建立边界层理论后,如何保持机翼上的边界层大部分或全部为层流以降低阻力、避免失速便成为气动设计的重要问题。普朗克认为,沿翼弦方向吹气可以增加边界层动能,推迟边界层分离。1904年,他在进行圆柱体绕流试验时,利用吹气方法降低了边界层增厚并推迟其转化为湍流。吹气方法后来经大量试验和改进,已成功地用于一些飞机上。
1905年
“飞行者三号”飞机
莱特兄弟[美]研制成功实用飞机 莱特兄弟在第一架飞机的基础上,于1904年1月至5月制造了第二架飞机“飞行者二号”。它的尺寸同一号相似,发动机是新制造的,且性能有了较大提高。它在试飞时存在快速转弯失速和失去操纵问题,莱特兄弟在“飞行者三号”设计中进行了多项改进:机翼面积略为减小,水平升降舵面积有所增大并更加靠前;方向舵面积也有所增大并更靠后;采用原来的发动机,螺旋桨进行了改进。“飞行者三号”于1905年6月制造完毕。它在1905年6月23日至10月16日进行了飞行试验。试飞表明它已具备重复起降能力、倾斜飞行能力、转弯和完全圆周飞行能力、8字飞行能力。能进行这些机动飞行和操纵表明,它已具备了实用性,因此它被看作是历史上第一架实用的动力飞机,在航空史上有着特殊的地位。
国际航空联合会(FAI)在法国成立 飞机出现后,欧美各国出现了飞机研制高潮。当时人们能够看到的飞机应用主要在体育方面。1905年6月10日,在比利时首都布鲁塞尔召开的奥林匹克理事会上,与会者建议成立一个组织,负责管理当时已经比较兴旺的航空体育活动,通过举办各类会议和活动促进航空科学与航空体育的发展。1905年10月12~14日,由一些国家的航空俱乐部发起在巴黎召开会议。参加会议的航空俱乐部有比利时皇家航空俱乐部(1901年成立)、法国航空俱乐部(1898年成立)、德国航空俱乐部、英国皇家航空俱乐部(1901年成立)、西班牙航空俱乐部(1905年成立)、意大利航空俱乐部(1904年成立)、瑞士航空俱乐部(1900年成立)和美国航空俱乐部(1905年成立)。这次会议正式决定成立国际航空联合会(Fédération Aéronautique Internationale,缩写FAI)。FAI的宗旨是促进航空运动的发展,最重要的职责是制定飞行规则,批准国际航空运动竞赛并认定各类飞行纪录,颁发世界纪录证书。FAI总部设在巴黎,后来成为世界航空运动的权威性组织。
比希[瑞]提出涡轮增压思想 德国工程师戴姆勒(Gottlieb Wilhelm Daimler,1834—1900)和狄塞尔(Rudolf Diesel,1858—1913)在发明活塞式发动机时,曾提出过利用增压方法提高发动机功率和效率,并进行过有关试验。瑞士工程师比希(Alfred Büchi,1879—1959)首次提出涡轮增压的思想,并获得了一项专利,即采用一台多级轴流式压气机与一台活塞发动机组成了“复合式发动机”。涡轮增压是喷气发动机研制成功的关键技术之一。
1906年
“14比斯”飞机
桑托斯-杜蒙[法]研制出欧洲第一架飞机 桑托斯-杜蒙1906年春制造了一架直升机,没有取得成功。1906年夏,他设计制造了一架动力飞机,取名“14比斯”,又名“捕猎鸟”。它结合了当时一些飞机、滑翔机甚至风筝的特点,集莱特兄弟飞机、哈格雷夫盒式风筝、伏瓦辛水上滑翔机、爱斯诺-贝尔特利的第二号滑翔机的优点于一身,构成了当时比较完美的机型:机翼在前、盒式风筝形机翼和尾翼、带有上反角的机翼、双叶螺旋桨、张线式加强索,甚至还加装了爱斯诺-贝尔特利式的一对副翼。1906年9月13日,桑托斯-杜蒙驾驶“14比斯”进行了两次试飞,结果都不理想,于是他又给飞机装上了大功率发动机。1906年10月23日,桑托斯-杜蒙驾驶改装后的“14比斯”飞机成功地进行了欧洲首次持续、有动力、可操纵的飞行。新成立不久的国际航空联合会为他颁发了第一项飞机飞行纪录:飞行距离220米,飞行时间21秒。
安休茨[德]发明成功陀螺罗盘 安休茨在提出陀螺罗盘原理后,开始了制造工作。1905年,安休茨制造的陀螺仪在“水上女神”号巡洋舰上试用时失败。原因是陀螺仪的功能难以由运动基座反映出来。在德国工程师舒拉(Max Schuler,1882—1972)的帮助下,安休茨解决了运动基座对陀螺仪的干扰问题,证明方位陀螺能给出保持航向的稳定基准方向,制成了陀螺方位仪。他用浮子模型,使转速达到每秒20 000转。1907年,安休茨又在方向仪上增加摆性,制成了第一个实用罗径——指北陀螺仪。为减小摩擦力矩,他把陀螺转子及外壳挂在浮子上,而浮子则浮在万向支架上的水银容器里。1908年,安休茨的陀螺罗盘在“德意志”号战列舰上进行了试验,取得很大成功,由此他获得了皇家海军的订单。俄国、英国、意大利、阿根廷、法国、挪威等国都对他的发明给予高度重视。
克罗克[意]首次提出直升机周期变矩操纵方式 直升机的起降、前飞、倒飞以及侧飞都得通过旋翼实现,所以,直升机飞行操纵比普通飞机复杂得多。直升机的垂直爬升和下降通过旋翼桨矩的改变实现。意大利工程师、航空先驱克罗克1906年提出的周期变矩操纵方式,就是利用某种机构操纵几片旋翼的桨矩同时增大或减小。1912年,丹麦发明家埃列哈默(Jacob Christian Hansen Ellehammer,1871—1946)制造了一架共轴式直升机,对这种操纵方式的可行性进行了验证。如何实现周期变矩是要解决的重大问题。1911年俄国人首次提出自动倾斜器设计,解决了周期变矩操纵问题。阿根廷人佩斯卡拉(Raúl Pateras Pescara,1890—1966)于1919—1925年在欧洲的西班牙、法国、意大利等地制造了一系列共轴式直升机。他的一架共轴式直升机在1924年4月18日成功地飞行了800米。他首次正式在直升机上采用了周期变矩控制。
1907年
布雷盖[法]试验第一架直升机 此前,由于没有找到很好的旋翼力矩平衡办法,直升机研制者多采用共轴结构。法国工程师布雷盖(Louis Charles Breguet,1880—1955)和里歇(Charles Robert Richet,1850—1935)合作,制造了一架直升机。中间支架上装有安东尼特发动机,四周装有四组螺旋桨,每组螺旋桨又分上下两副。为保持稳定,试飞时每组螺旋桨下有一个人用竹竿顶住螺旋桨以防止倾覆。这架直升机于1907年9月29日首次载人依靠自己的动力离开了地面,但未得到普遍承认,因为不是自由飞行。
布雷盖研制的直升机示意图
科尔尼[法]制成纵列式直升机 法国工程师科尔尼(Paul Cornu,1881—1944)设计的直升机采用前后两副旋翼,呈纵列式。旋翼是用自行车轮为基础加装两片桨叶而构成的。它们的旋转方向相反,力矩彼此抵消。1907年11月13日,他的直升机成功地进行了飞行试验,飞行高度0.3米,留空时间20秒。这次飞行被看作是直升机首次成功的自由飞行。由于试验是通过自行车行进时旋翼旋转产生的升力而起飞的,因而也被看作是历史上的第一架旋翼机。1908—1909年间,美国人贝林纳(Emil Berliner,1851—1929)设计制造了横列式直升机,通过沿机体横向安装的两个旋转方向相反的旋翼来平衡力矩。
科尔尼和他设计的直升机
布莱里奥[法]开创单翼机设计 法国工程师、著名航空先驱者路易·布莱里奥(Louis Charles-Joseph Blériot,1872—1936)在1905年曾同伏瓦辛合作研制浮筒式滑翔机,但未取得成功。1907年,他制造了一架尾翼在前的单翼飞机。他驾驶这架飞机进行了跃飞,效果不太理想。后来,他又转向设计串置机翼飞机,即两副尺寸相近的机翼前后安装。这架飞机在试飞时摔坏了。此后,布莱里奥致力于研制单翼机,并很快形成了自己的设计风格,开创了与双翼机平行的单翼机研制流派。
法尔芒,桑托斯-杜蒙,夏布里埃·伏瓦辛
查里和夏布里埃·伏瓦辛兄弟
伏瓦辛兄弟[法]创办第一个飞机工厂 法国的夏布里埃·伏瓦辛和他的弟弟查理·伏瓦辛(Charles Voisin,1882—1912)都较早进入了飞机研制领域。那时许多热爱飞行的人希望能够买到飞机尝试飞行。为此,他们创办了第一个飞机研制工厂,并在浮筒式滑翔机的基础上,研制出标准型伏瓦辛双翼飞机。它具有推进式螺旋桨,前向方向舵,前向升降舵。这种标准化、规模化的飞机生产方式,使飞机研制、改进的速度加快。伏瓦辛式双翼机在20世纪初性能出色、很有声望。
爱斯诺-贝尔特利[法]研制出性能优良的航空汽油机 航空发动机与汽车发动机有很大不同,多气缸结构易于产生震动。爱斯诺-贝尔特利根据航空发动机的特殊要求,对汽油机进行了重大改进,研制出性能优异的标准航空汽油机。这种航空发动机采用气冷式,气缸呈轴向辐射状布局,结构紧凑、质量轻、功率大。利用带凸轮装置的点火器可保证每个气缸在相等的间隔内依次点火,使气缸能平稳地工作。这种发动机一出现便受到法国和其他国家的高度重视。1907年,他获得法国民用工程师协会大奖。他的发动机设计思想后来被广泛采用。
桑托斯-杜蒙[法]研制出超轻型飞机 1907年11月,桑托斯-杜蒙设计制造了一架小型飞机,飞机尺寸很小,翼展仅5米。它采用单翼结构,拉进式螺旋桨,轮式起落架。它是后来“蜻蜓”系列轻型飞机的第一架。1909年出现的“蜻蜓”号飞机的翼展有所增加,飞行速度很快,机动灵活。“蜻蜓”式飞机被看作现代超轻型飞机的始祖。
儒科夫斯基
儒科夫斯基[俄]独立提出环流理论 俄国科学家、空气动力学家儒科夫斯基(Николай Егорович Жуковский,1847—1921)从1890年开始相继发表《关于飞行器的某些理论根据》《飞行理论》《论鸟的飞行》和《论飞机最佳倾角》等论文,1902年建立风洞开展实验研究。在1907年发表的论文中,他运用环流的概念阐明了升力产生的原理,建立了升力计算公式,并提出后缘平顺假设用于计算环量和升力的大小。他还最早运用数学方法画出了一系列机翼翼型,提出了螺旋桨设计理论。他创建了理论与实验相统一的空气动力学,为航空技术发展和飞机气动力计算奠定了科学基础。
兰彻斯特[英]发表《空气动力学》 1894年,英国工程师、空气动力学家兰彻斯特(Frederick William Lanchester,1868—1946)最早提出关于升力的环流理论,此后不断进行完善。他的环流理论在1907年出版的《空气动力学》和1908年出版的《空中翱翔学》中进行了完整的描述。他最早研究了三维流动问题,利用涡系代表机翼,创立了有限翼展的机翼理论,对有限翼展机翼的升力、升降阻力、机翼支托功等问题进行了初步研究,首先认识到翼弦比对支托功的影响。1918年前后,德国科学家普朗特将其进行了发展和完善,建立了有限翼展机翼理论。机翼理论现已成为飞机科学设计的基础。
1907—1908年
布莱里奥[法]首创飞机渐改研制模式 布莱里奥在初期探索了多种飞机布局形式,并选择了单翼机布局。第一架飞机布莱里奥Ⅴ型单翼机采用海鸥式机翼,布莱里奥Ⅵ型采用串置式机翼,布莱里奥Ⅶ型单翼机采用封闭式座舱,全机外部没有连杆等物,十分简洁。1908年,他设计了布莱里奥Ⅷ型单翼机。这架飞机奠定了单翼机的结构模式。此后,他一改飞机不成功便抛弃的做法,而是对它进行渐改,派生出三个型号。他以后设计的多种飞机都采取这种“渐改”模式。这种研制方法后来成为飞机发展的重要模式。
1908年
爱斯诺-贝尔特利[法]发明复式操纵机构 在此之前出现的各种飞机都只有一套操纵机构,一旦出现故障,危险性很大。爱斯诺-贝尔特利研制的REP-2飞机最早安装有两套操纵机构,它可由一人驾驶,也可由两人轮流驾驶,提高了安全性,也可减轻驾驶员的负担。这架飞机也是第一架采用单杆全向操纵手柄的飞机,减轻了驾驶员负担并提高了操纵可靠性。复式操纵与单杆手柄后来一直为运输机、轰炸机以及大多数直升机所采用。其他创新还有:封闭式座舱,单翼布局,副翼结构,液压机轮刹车和飞机座椅带等。
塞甘兄弟[法]研制出旋缸式发动机 此前出现的航空发动机用铸铁、钢和铜制造,且往往带有笨重的水冷却系统、大散热器和连接管路。发动机既大又重,功率质量比很低。笨重的发动机安装在单薄的机体上,使飞机性能很差,并给机身带来沉重负担。气缸震动、传动轴扭矩、点火等,有时会使飞机解体。1907年,塞甘兄弟(Louis Seguin,1869—1918;Laurent Seguin,1883—1944)提出新的航空发动机结构设想:采用与常规发动机完全相反的布局,即将曲轴固定在飞机上,将发动机气缸固定在螺旋桨上。气缸与螺旋桨一道旋转,可在高速气流中得到冷却,省掉了大型水冷却系统。气缸对称呈星形布置,用奇数气缸使燃烧循环平稳。1908年,塞甘兄弟制造出第一台旋缸式发动机“土地神”。旋缸式发动机一经出现便震动了航空界,为飞机实用化做出了贡献。直到20世纪20年代,旋缸式发动机一直是航空发动机的主流。其缺点是耗油率高、存在陀螺效应和操纵性差,后逐步被固定气缸气冷式发动机所取代。
典型的旋缸式发动机
飞机首次载乘客飞行成功 1908年5月14日,美国人弗尔纳斯(Charles Furnas,1880—1941)乘坐威尔伯·莱特驾驶的改进型飞行者三号飞机飞行了600米,持续飞行29秒,成为世界上第一名飞机乘客。当天,奥维尔·莱特再次携带弗尔纳斯升空飞行,飞行高度648米,飞行时间4分2秒。
奥维尔·莱特、弗尔纳斯和泰勒
雷诺数概念首次提出 1883年,法国科学家雷诺(Osborne Reynolds,1842—1912)利用颜色水进行实验,观察流线通过圆形截面管道的流动情况,结果发现流线在一定条件下可从直线形式(层流)演变为不规则的紊乱流动。不规则流动后来被开尔文称为湍流,并指出流动的转捩点是一个无量纲的参数,它与流体的黏性有关。1908年这个参数被命名为雷诺数(Reynolds number,缩写Re),它是流体的惯性力与黏性力之比,是空气动力学研究中最重要的参数之一。考虑到黏性并把流动分成两个性质完全不同的层流和湍流是空气动力学发展的重要一步。
洛林[法]首次提出空气喷气发动机设想 喷气推进原理早已被古代人所认识。古希腊和古代中国都出现过利用喷气推进原理的机械(如火箭)。牛顿(Isaac Newton,1643—1727)从科学上阐明了喷气推进的原理。最早关于空气喷气发动机的设想是洛林(René Lorin,1877—1933)[法]提出的。洛林建议,在活塞发动机的排气阀上接一支扩张型喷管,用燃气沿喷管向后喷射的反作用力推动飞机前进。在发动机工作冲程保持不变的情况下,在压缩冲程结束点火的瞬间,使排气阀开启,高压燃气除少量能量用来推动活塞保证曲轴带动附件正常工作外,其余全部能量用来产生喷射推力。这一思想对喷气发动机的发明有重大影响。
莱特兄弟[美]分别在欧美进行公开飞行表演 莱特兄弟研制成功飞机后曾建议美国和英国军方购买飞机,但没有成功。1906年美国专利局正式授予莱特兄弟飞机设计专利后,美国政府于1907年12月23日有意向同莱特兄弟或其他任何人签订制造一架飞机的合同。为了扩大影响,也为了进行促销,莱特兄弟决定在1908年用新飞机同时在美国和欧洲进行公开表演。1908年8月8日,威尔伯·莱特驾驶新飞机在法国拉·芒斯进行了在欧洲的首次飞行表演,使法国人大为震惊。奥维尔·莱特自1908年9月3日开始,在美国弗吉尼州的迈尔堡进行公开飞行表演。9月9日又在华盛顿作了首次飞行,结果大获成功。莱特兄弟在欧洲和美国进行的飞行表演吸引了成千上万的观看者,激发了公众对航空的极大兴趣,唤起了更多的人投身航空事业,促使飞机大发展时期的到来。
威尔伯·莱特在欧洲表演
奥维尔·莱特在美国表演
1909年
《简氏世界飞机年鉴》在英国开始出版 鉴于飞机研制热潮已在欧美广泛兴起,英国人弗雷德.T.简(Frederick Thomas Jane,1865—1916)[英]创办了《简氏世界飞机年鉴》,详细记载世界范围内新出现的各种飞机。简最初对军舰有着浓厚的兴趣,并且于1898年创办了《简氏世界军舰年鉴》。从军舰、飞机开始,年鉴后来又扩展到发动机、航天器、宇航电子和航空武器等领域,成为世界上最具权威性的军事年鉴之一。
瑞利勋爵
英国成立第一个航空理论研究机构 早期飞机基本是凭经验设计的,性能不高。随着航空技术的发展,对飞机各方面性能的要求越来越高。英国政府由于认识到飞机在军事上的潜力以及理论与设计脱节带来的问题,于1909年4月30日率先建立了以著名科学家瑞利勋爵(Baron Rayleigh,1842—1919)为主席的英国航空咨询委员会(Advisory Committee for Aeronautics,缩写ACA),旨在进行航空学理论研究,协调空气动力学和其他航空课题的研究活动。其任务是为飞机设计师和制造商提供设计方法、建议和参考资料,其中重点领域是与空气动力学有关的问题,如升力特性、阻力特性、稳定特性和操纵特性等。航空咨询委员会对后来的研究和设计工作产生了深远影响。从此,航空理论研究和飞机设计逐步走上专业化发展道路。1919年,该委员会改名为英国航空研究委员会(Aeronautical Research Committee),后来又改为英国航空研究理事会(Aeronautical Research Council)。
拉塔姆
赫伯特·拉塔姆[法]首次在飞机上使用无线电报 英国《每日邮报》为了鼓励航空技术发展,在1908年设下1 000英镑奖金奖励第一个飞越英法两国间的英吉利海峡的飞行员。气球和飞艇飞越英吉利海峡已成了家常便饭,而飞机从事这项活动是第一次,其难度也大得多。这项活动对刚刚诞生的飞机来说是一次十分严峻的考验,世人对这个竞赛项目报以期盼的目光。有意参加竞赛的有不少飞行家。法国人拉塔姆(Arthur Charles Hubert Latham,1883—1912)在7月19日驾机尝试飞越英吉利海峡。为了获得天气情况,他在购买的安东尼特式飞机上安装了无线电报接收装置,准备从英国多佛尔飞越英吉利海峡时,了解海峡对面法国海岸的天气情况。不幸的是,由于中途发动机出现故障,飞越海峡的尝试没有成功。
布莱里奥[法]驾机飞越英吉利海峡 在众多尝试飞越英吉利海峡的飞行员中,布莱里奥当时并不知名。在多年从事飞机研制和改进的过程中,他对飞机技术和飞行技术了如指掌。这次飞越海峡,他驾驶的是自行研制的布莱里奥XI型拉进式单翼机。它的个头不大,机长8米,翼展7.8米,翼面积14平方米,总重300千克。飞行时速约75千米。1908年7月25日早晨4时41分从法国的加莱起飞,经过36分钟、41.9千米的飞行,他在英国多佛尔海岸安全降落。在飞越海峡过程中,飞机飞行速度大约为72千米/时,飞行高度为76米。这是飞机首次进行国际飞行,进一步证明飞机的实用价值,具有巨大的科学和军事意义,产生了广泛的影响。布莱里奥也正是由于完成这次壮举而名扬天下。
布莱里奥
布莱里奥XI型飞机
布莱里奥在英国着陆
国际飞艇展览会在法兰克福[德]举行 1909年8月,奥维尔·莱特在德国柏林进行了飞行表演,引起德国民众对航空的极大兴趣。在德国航空爱好者的努力下,德国于9~10月举行了展览会,目的是对飞艇技术进行一次大检阅。德国的齐伯林飞艇成为展览会的主角,LZ-6号硬式飞艇进行了飞行表演。
首次大型航空博览会举行 莱特兄弟的飞行表演和布莱里奥飞越英吉利海峡,极大地唤起了人们的热情,而举办展览会的目的是进行技术交流、扩大技术影响。1907年,在英国伦敦的农业馆举行过一次航空展览会。这是一次模型飞机的竞赛,参观者约7 000人。1909年年初,英国在伦敦又举办了一次航空静态展览。这些展览活动向一般公众介绍航空知识,吸引了许多热血青年加入航空科学研究和试验领域,这对促进航空发展和树立飞机的地位产生了一些影响。1908年,在威尔伯·莱特访问欧洲以后,人们感到在当时欧洲航空中心法国举办一次航空设计师和飞机的大聚会,彼此交流经验,讨论问题,切磋飞行技艺,是非常必要的。1909年8月22日,由航空设计家们发起,在法国兰斯举行了第一次大型航空博览会。参加这次展览会的共有38架各种飞机,其中23架进行过飞行,共飞行了120次,最好的一次距离达180千米。会上设立了飞行速度、飞行距离和续航时间三项大奖。参加的观众达50万人。兰斯航空博览会对于扩大航空的影响、促进航空技术与驾驶技术交流等产生了极其深远的影响。此后,法、英每两年举办一次航空博览会已形成制度,成为世界级有影响的航空及航天新产品的展示与贸易窗口。
兰斯航空博览会
冯如[中]仿制成功一架双翼机 中国旅美华侨冯如(1884—1912)受莱特兄弟飞机表演的影响,在华侨中广泛宣传,筹集了一笔资金,同助手仿制了一架寇蒂斯飞机,1909年9月21日在旧金山试飞成功,飞行距离约800米,在当地产生了很大影响。这是中国人自己制造的第一架飞机。冯如早年赴美,立志学习机械工程,实业救国。当了解到莱特兄弟试飞成功飞机后,意识到飞机的巨大军事价值。他曾在1906年说:“是(指制造机器)岂足以救国者,吾闻军用利器莫飞机者。誓必身为之倡,成一绝艺,以归飨祖国。苟无成,毋宁死。”他又说:“日俄战争大不利于中国,当此竞争时代,飞机为军事上万不可缺之物,与其制一战舰,费数百万之金钱,何不将此款以造数百只飞机,价廉工省。倘得千数百只飞机分守中国港口,内地可保无虞,微特足以固吾国,且足以摄强邻矣!”“中国之强,必空中全用飞机,如水路全用轮船。”冯如试验成功飞机后,在美国当地产生了重大影响。是月23日,《旧金山观察报》在第一版用大字号标题《中国人的航空技术超过西方》加以报道,称冯如为“天才人物”,并惊叹:“在航空方面,白人已落后于华人。”
冯如
冯如飞机
德莱格公司投入使用的飞艇
齐伯林[德]组建世界第一家民用航空运输公司 齐伯林研制成功硬式飞艇后,为进一步筹集资金发展飞艇,在柏林创办了世界上第一家民用航空运输公司——德莱格(Delag)公司,开创了人类交通运输的立体时代。首先投入航线的飞艇是LZ-5号飞艇,飞行航线是法兰克福到巴登巴登和多塞尔多夫。此后又不断投入新的飞艇运营,航线也扩展到柏林、哥达、汉堡、德累斯顿、莱比锡等德国大城市。自1909年成立,到第一次世界大战爆发被迫停止营业,该公司在德国国内共运送旅客34 028人次,总航程达173 682千米,总飞行时间为3 175小时。在该公司运营期间,未发生一次伤亡事故。
斯佩里
斯佩里[美]研制成功第一台单转子陀螺罗盘 在德国工程师安休茨研制陀螺罗盘的启发下,美国发明家和实业家斯佩里(Elmer Ambrose Sperry,1860—1930)开始研制陀螺罗盘。他的罗盘结构与安休茨罗盘稍有不同,不用液浮而用悬丝。当年,他的单转子陀螺罗盘便研制成功。1910年,他成立了斯佩里陀螺仪公司。同年,他的陀螺罗盘在美国海军的“特拉华”号战舰上首次试验。由于试验取得了成功,这种陀螺罗盘于1911年被美国海军所采用,并且在一战中发挥了很大作用。以后斯佩里又致力于陀螺仪的各种应用研制,并且发明了第一台自动驾驶仪。
贝林纳[美]发明共轴式直升机 直升机研制探索经历了相当长的时间。在19世纪后期,直升机先驱者们在旋翼力矩平衡方面做了种种努力,并且有人提出过共轴式设计。这种结构是在同一个轴上安装两个旋转方向相反的旋翼,这样两副旋翼所产生的力矩就彼此抵消了。由于结构复杂,加之发动机技术不够成熟,这些努力都没有取得成功。早期取得一定成功的共轴式直升机是贝林纳于1909年设计的。他的直升机安装了两台发动机,与共轴的旋翼相连。旋翼采用坚硬的木质桨叶,通过倾斜整个旋翼及部分机身来达到控制目的。这架直升机在1909年成功地飞行了3次。不过,由于控制系统问题,它还不具有实用性。在此前后,贝林纳还研制过横列式直升机,通过沿机体横向左右排列的两个旋转方向相反的旋翼来克服直升机的力矩。由于类似原因,他也没有将其实用化。
1910年
法布尔[法]试飞成功世界上第一架水上飞机 1906年,法国人布莱里奥等人曾设计过水上飞机,没有取得成功。由于水上飞机相对比较安全,且可在水面停泊时加油,能够增加航程,因此研制水上飞机的工作一直没有停止。1909年,法国工程师法布尔设计了第一架水上飞机,它在试飞时没有飞起来。当年年底,法布尔又设计了第二架水上飞机,并把它命名为“水机”。以往水上飞机没有取得成功的主要原因有动力不足、飞机过重以及受水浪的影响稳定性差等,法布尔的“水机”克服了这些问题。其最具创新意义的特点是:采用的浮筒具有类似机翼的形状,可产生额外升力。这项设计后来获得专利。1910年3月28日,法布尔在马赛市拉米德港驾驶“水机”进行了试飞。第二天,他驾驶“水机”飞行了6 000米。水上飞机的出现扩大了飞机的应用领域,后来获得了很大发展。法布尔也因此被誉为“水上飞机之父”。
法布尔发明的水上飞机
法布尔水上飞机试飞
罗耳斯
罗耳斯[英]驾机往返飞越英吉利海峡成功 罗耳斯(Charlls Rolls,1877—1910)是英国著名汽车和航空先驱。1904年结识了罗伊斯(Frederick Henry Royce,1863—1933)后,对后者制造的双缸罗伊斯10型汽车产生了浓厚的兴趣,表示他将购买所有的罗伊斯制造的汽车。在他父亲的资助下,他承担起罗伊斯汽车的销售工作。1906年,罗耳斯和罗伊斯共同组建了罗耳斯-罗伊斯汽车公司(又译成劳斯莱斯),后逐步成为世界著名的豪华汽车和喷气发动机生产商至今。1908年,罗耳斯专门到法国观看威尔伯·莱特的飞行表演,并对航空产生了极大的兴趣。1910年6月2日,他驾驶莱特式双翼机完成了历史上首次飞机往返英吉利海峡的飞行。在从英国抵达法国时,他还从空中投下一封给法国航空俱乐部的信件。这可看作是最原始的航空邮政飞行。不幸的是,仅仅过了一个月,他就在一次飞行事故中丧生,年仅33岁。
麦克迪[加]进行飞机与地面间无线电联络(8月27日) 麦克迪(John Alexander McCurdy,1886—1961)是加拿大航空先驱。早年毕业于多伦多大学机械工程系。1907年在美国加入由寇蒂斯、亚历山大·贝尔(Alexander Graham Bell,1847—1922)[美]、鲍德温(Frederick Walker Baldwin,1882—1948)[美]等创办的航空试验协会,参与飞机的研究设计工作。1909年2月23日,他驾驶协会研制的“银标”式双翼机进行了首次飞行,这也是加拿大人首次乘坐飞机升空。1910年,他成为第一个获得飞行执照的加拿大人。1911年,他首次驾机从佛罗里达到达古巴。麦克迪始终认为,将无线电装置安装在飞机上可以进行空地间通信。在进行过一系列试验后,他在寇蒂斯双翼机上安装了无线电发射机和接收机,成功地进行了地面与飞机间的无线电联络。尽管当时的收发射机只能使用莫尔斯码,但试验的成功无疑对后来的飞机远距离飞行、侦察和通信具有重要引领作用。
伊利[美]驾机从舰船上起飞成功 美国飞机设计师寇蒂斯(Glenn Hammond Curtiss,1878—1930)在参观了法国法布尔的水上飞机后,开始进入水上飞机领域,并且计划探索飞机在军舰甲板上起降的可能性。美国海军想把飞机用于海上侦察,因此也希望对舰载飞机进行试验。为了进行飞机在军舰上起落的试验,他们在“伯明翰”号巡洋舰上安装了长25.3米、宽8.53米的木质平台。1910年11月14日,美国著名飞行员尤金·伊利(Eugene Burton Ely,1886—1911)驾驶一架寇蒂斯“金色飞行者”号双翼机,从这个平台上起飞,然后在4 000米外的韦罗贝岬降落。这样,原始形态的航空母舰诞生了。不幸的是仅仅过了一年,伊利就在一次飞行表演中失事身亡。
伊利驾机从军舰上起飞
科安达[罗]制造并试验了世界上第一架喷气式飞机 罗马尼亚工程师科安达(Henri Marie Coanda,1886—1972)早年毕业于炮校,曾在罗马尼亚任炮兵军官,但他对飞机和飞行更感兴趣,1905年在布加勒斯特曾制造过一个火箭推进器模型。此后,一直在探索利用喷气反作用作为飞机的动力装置。1909年他来到巴黎,后进入刚刚成立的法国国家航空高等工程师学院深造,一年后获得航空工程师一等毕业文凭。1910年10月在巴黎的一次展览会上,他展出了一架喷气飞机,引进很大反响。为了有效使用喷气推进力,他用一台50马力活塞式发动机带动一支管道内的风扇转动,驱动空气向后喷出产生了反作用推力。他将这台发动机安装在自己设计的飞机上,于当年11月10日进行了最早的喷气式飞机的试验飞行。这架飞机只进行了一次短暂的跳跃,但对航空喷气时代作出了预言。科安达的喷气发动机原理与现代涡扇发动机有相似之处。
科安达
科安达发明的喷气飞机模型
飞机越野飞行的活动兴趣 从1910年起,欧洲航空界兴起了飞机越野飞行热潮。越野飞行由于条件艰苦,路途遥远,因此对于考验飞机性能发挥了重要作用。在越野飞行过程中,有的飞机因操纵不当发生死亡事故,有的飞机因性能不佳而坠落,因此死亡事故时有发生。越野飞行对于考验飞机性能、发展飞机技术、使飞机进入实用化都有重要意义。
容克斯
容克斯[德]获得飞翼布局飞机专利 早期单翼机和双翼机全部采用主翼加尾翼组件布局,使飞机阻力增大。德国工程师兼发明家容克斯(Hugo Junkers,1859—1935)提出了飞翼设计方案,整个飞机外部看起来只是一只大的机翼,发动机、座舱、乘客以及油箱全部装在飞翼内,这样可以显著减少飞行阻力。不过由于材料、加工、结构以及飞行控制方面存在很大困难,容克斯的飞翼布局飞机未能成为现实。直到20世纪后期,由于先进控制技术和计算机技术的广泛采用,飞翼布局飞机才在美国达到实用化阶段。目前,世界上只有少数实用飞机采用了飞翼布局。