莱特兄弟的奥秘
法国人已经急不可耐地等了好久,威尔伯·莱特才带着“鸟儿”来到了巴黎;他极其克制而巧妙地扮演了自己的角色。不管怎么说,他都是带着自己的机器到了别人的地盘,周围还全是竞争对手,无论他表现得多么有礼貌又谨慎,也无法化解这种艰难的境地。莱特已经让竞争对手“领先”了约两年,如我们所见,他的对手也充分利用了这种形势,这就导致莱特面临着一着不慎、满盘皆输的风险。
首先精心挑选了适合飞行的场所,并在那里搭起一座棚子。棚子里隆重地安置好了运来的箱子,四周布上了警卫。准备就绪之后,威尔伯·莱特才开始组装自己的飞机,其间不让任何人进入棚子,自己也不离开棚子一步。他甚至弄了张行军床在棚子里睡觉。
人们开始成群结队地聚到试验的田野上,但他们的耐心受到了长久的考验。棚子四周空无一物,棚子里的美国人对外头的呼喊也充耳不闻,连个回复都不给。
过了一周,田野上搭起了一座神秘的高大“金字塔”,底座上连着一条轨道。看热闹的人流变得更多了。但威尔伯·莱特直到做足万全准备,连最后一枚螺丝钉都确保安全之后,才把自己的“鸟儿”展览出来。当然,他选的大气条件也是最适合飞行的条件。
1908年8月8日傍晚,天色已经昏暗了,莱特终于小心地把“白鸟”运出了棚子,放在一个停在金字塔轨道的托架上。只听见发动机一阵轰鸣,两台螺旋桨飞速旋转,金字塔的顶端突然落下一件不明重物,飞机也随之沿着轨道疾驰而去。冲到轨道末端之后,“鸟儿”脱离托架腾空而起。
图2-30 莱特兄弟的飞机。飞行员旁边是发动机,靠链条转动带动机翼后方的两个螺旋桨旋转。机翼前方的凸出物是双翼升降舵,机翼后方安装着垂直的转向舵。翼展为12.5米。
威尔伯·莱特驾机在空中只维持了约两分钟,便轻巧地在棚子边落了地。又过了几分钟,飞机被重新收回到了“笼子”里。
许多人聚在试飞地点为美国飞行家加油助威,目睹这一切后便心满意足。但直到四天之后,也就是莱特又进行了几次试飞之后,记者和照相师才被放行到飞机跟前,获准对它进行观察和随意拍照,但还是严格禁止用手乱摸;直到此时,广大媒体和未能亲眼见证飞行的人才得到了满足。
直到那时,莱特的奥秘才最终大白于天下。神话消失了。就算是疑心最重的人也不能不表示信服。
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那么,莱特兄弟到底做了些什么,他们的胜利中又有着怎样的奥秘?
我们回顾一下,李林塔尔派所追求的首先是稳定性。为此李林塔尔靠身体来进行平衡,而沙尼特找到了几种维持滑翔机本身的自然稳定性的手段。出于同样的目的,莱特兄弟首创了另一种方法:依靠操纵机构也就是舵来维持平衡。不错,他们的导师李林塔尔也曾部分地采用过这种手段,比如说靠拉动缆绳来控制机翼的边缘或机尾,从而调节飞行的模式。但这只是个辅助手段,而莱特兄弟采用了专门的机构和装置,操纵起来也非常方便,这在以前是从未有过的。
图2-31 莱特兄弟的飞机。仿照箱形风筝的双翼箱形飞机。前端的升降舵同时也是保障垂直稳定性的机构。
两位美国人首先引入了升降舵;这是一种安装在机翼前端的活动水平面,根据其迎角的大小不同,可以维持垂直稳定性并调节飞行的高度。这种前舵取代了固定式的佩诺机尾,让滑翔机变得更轻巧、更灵活了。
其次是如何确保水平稳定性,也就是如何保持机身平衡,同时确保飞机能作侧面的倾斜。为此莱特兄弟采用了一个极其巧妙的方法:他们把机翼(上翼和下翼)末端的后沿做成了可弯曲的,并且当一片机翼的边缘朝上弯曲时,另一片会朝下弯曲。机翼的这种扭转能改变飞机飞行时水平轴的位置,具体来说就是边缘朝下的机翼令水平轴往上倾斜,另一片机翼则恰恰相反,令水平轴往下倾斜(见图2-32)。
图2-32 莱特兄弟飞机的操纵舵的示意图。两片机翼的末端通过带滑轮的拉杆A—A和B—B连在一起。拉杆B—B在点T处安有一个弯曲的杠杆,与点П处的操纵杆Л连接。如果把操纵杆Л往左摇,右机翼的末端就会往下弯曲,并通过拉杆A—A带动左机翼的末端往上弯曲;机翼的这种扭转使飞行员能调节飞机的侧向稳定性。操纵杆Л还连接着另一个拉杆C,该拉杆借助摇杆K控制后部转向舵的移动。第二个操纵杆(图中未画出)负责控制前部升降舵表面的倾斜程度。
最后,莱特兄弟又引入了第三个操纵机构——转向舵;在此过程中,他们同样巧妙地将转向舵与倾斜机翼的牵引装置结合了起来。这就化解掉了飞机在转弯和倾斜时所受的离心力作用,从而极大降低了飞机沿曲线飞行(也就是转弯)的难度。
两位美国人早在滑翔机上就安装了这三重装置,并将操纵技术练得炉火纯青,光是1902年秋天就进行了约一千次飞行。他们滑翔的距离最多可达600米,且中途还伴有转弯,在15~18m/s的强风中也丝毫不惧飞行。1903年,他们创下了1分12秒的飞行纪录,这个纪录直到多年后才被其他人打破。
不仅如此,莱特兄弟还出色地完成了另一个任务,也是当年令他们的欧洲对手陷入僵局的一个难题:他们以汽车发动机为蓝本,设计了一台轻便的航空发动机,为了保密还特意从不同的作坊订购不同的部件。他们的第一台发动机只有16马力的功率,重量为63千克,而1904年的第二台已经有了28马力,重量约100千克。尽管这两台发动机有着这样那样的缺点,但还是出色地完成了使命,为空中的飞机提供了自动力,令其以每小时约60千米的速度飞行。
除了安装发动机之外,莱特兄弟还要自行解决起飞和降落的问题。为了减轻飞机的负担,他们发明了一种“弹射器”:利用从高处掉落的重物,让飞机在轨道上获得一个初速度。但他们的“鸟儿”是降落在既没有弹簧也没有制动装置的滑道上,这就往往导致飞机受损。起初,莱特兄弟想让飞机上的飞行员保持滑翔机上的躺姿,但后来在准备向美国政府展示飞机时又改变了主意,决定让飞行员变成坐姿。
莱特兄弟的飞机第一次试飞是在1903年12月17日。1905年秋,也就是在法国人取得成功之前三年,他们真真切切地完成了后来通告全欧的半小时飞行。
总之,以上便是莱特兄弟的功绩与成功的奥秘。两人既是研究者又是工匠,既是设计师又是飞行员,他们不仅用稳定的操作保证了滑翔机完美试飞,还亲自设计出了轻型发动机,并造出了世上第一架实用的飞机。
图2-33 莱特兄弟的弹射器。起飞前的飞机安放在轨道上的托架上。缆绳一头绕在托架上,另一头越过轨道前端的滑轮,再往后拉越过其他滑轮,固定在金字塔顶端(挂梁)的一个可移动的重物上。松开重物后,下落的重物会给托架一个巨大的速度,飞机的螺旋桨同时运转起来,便能让飞机脱离托架飞到空中。