学点新知识 - 飞行发展简史

在许多许多年前,人们开始仰望天空,看着飞鸟飞过,总是对天空充满了幻想,于是人们想了很多办法,设想着如何才能够在天上飞。


Wing

最简单的办法就是给人插上一对翅膀,这样就能够像鸟儿一样飞翔了,于是乎人们把很多其他的超智妍的力量就给他赋予一对儿翅膀,天使和恶魔的形象大概都是来源于此了,这样似乎借助这个大翅膀就可以飞上天空了,也是人们对天空的一个遐想。


驾云

后来也可能是发现人长了翅膀看起来总是感觉怪怪的,那么既然不能够使用翅膀,那么就采取一些其他的方法吧,这个时候我们中国想到了一个办法,语音在天上飘的就像一个垫子一样,于是就有了腾云驾雾的说法,大概是一位老神仙脚下踩着一块云飞来飞去,实际上和现在的个人飞行器有很多就已经非常的相似了。


在阿拉伯国家人们也是这样想的,他们觉得平时坐在毯子上想着如果毯子能够起飞,带着他们在天上,那么就可以坐着躺着在天空飞翔。

总之无外乎有几种方法,一个是人体的进化生出来一种飞行的器官,另一种大概就是借助一些其他的力量,把人托起来在空中飞翔,拖的东西取决于不同的文化和背景,毕竟人们对生活中的常见的事物还是有不同的认知的,就像钢铁侠一样,脚底下踩着两个火箭喷射器似乎就能够上天了,就像火箭一样,我们小的时候看到的动画片铁臂阿童木大概也是如此。


在最开始的时候,人们试图想了很多办法让人插上翅膀,既然不能长出来,那么就做一个背着,然后用力去呼扇。很多人经过刻苦的努力去试了一下,两个翅膀做好了,但是煽动翅膀需要巨大的力量,于是经过练习练习,他们觉得通过练习之后就能够飞翔了,但是最后其实还是很难发现,扇动翅膀需要的力量太大,已经不是人力能够解决的了。

与此同时,既然人上不去,人们也总是想办法把一些物品放到天空,常见的就是风筝和孔明灯。孔明灯是利用热力上升的原理送上天空。风筝是借助风力向下压力差产生了福利,从而飞行在天空。于是这就衍生了两个流派。


Air ship

第1个就是使用一些比空气轻的物体,让他在天上飘浮必清空气轻的物体,要么是氢气氦气,等气体冲在一个大皮囊里,然后让他带到天空,如果要是气体足够多,体积足够大,那么就能够提供足够多的生力,空艇就是如此。为了解决动力的问题,人们会在空艇的后面增加一个螺旋桨,在很早很早以前,人们对空艇是有了很大的期望的,后来人们发现人力也可以,就像孔明灯一样,因为空气被加热之后密度就会变小,在这个时候就会产生一定的浮力,也就是说人们找到了比空气更加轻的气体-加热后的空气。这就是热气球了。


有了热气球,人们就能够飞上天空,欣赏这美丽的大地,当然热气球的速度是很难控制的,因为我们现在知道它不符合刘宪学的规律,也就是说阻力非常大,可以通过一些小的螺旋桨进行缓慢的移动,但是至少可以垂直起降了,这个时候人们就可以升到天空去看一看,人们也做出了很多的努力比如说乘坐热气球穿越大西洋,确实在西方人的眼里大西洋是一个很神奇的地方,当他们想试验一些交通工具的时候,一般征服大西洋是一个重要的里程碑。热气球也是这样,后来的飞机轮船大概都是这样。


另一个方法就是风筝的变形了,人们把风筝做大,觉得风筝能够带很多的东西上去,那么如果让人在风筝上面控制,是不是就可以了呢?事实上是的这种想法产生了滑翔机,其实滑翔机比飞机要早诞生许多年,人们可以利用滑翔机借助热气流可以在空中飞行,很久似乎也是征服了大西洋的。


Glider

于是就产生了两个分支glider和air ships。滑翔机和飞船。两者的出发点是不一样的,一个是比空气重,但是借助气流的方式飞行在空中,一个是比空气轻,简单粗暴直接,但是很容易实现,当然现在这个热气球也发展的非常棒了,它可以提供升降的动力调整,使用的颜料也是采用了液化气等原料,也不像以前需要用篝火去点燃,如果要是上升下降还要采取泡砂带的方式,现在可以通过调整热气球内部的热气的温度来确定升力了。


滑翔机也是有了轻质材料的出现可以做得更大,飞行的更久,但是它还是依托于空中的气流的上升,当然我们知道空中是一直存在着气流的,就像大多数时候风筝都是放得起来的,但是滑翔机需要更多的经验去控制,而且它在起飞的时候需要从一个高处起飞,这不能够满足人们从平地起飞的需求。


Wright brother plane

直到了100多年前,人们发明发现了蒸汽机可以小型化之后,人们就想既然有风,我们能不能够在飞机上直接制造一个风呢,于是飞机的原型就出现了。

现在我们比较公认的飞机是莱特兄弟制造的飞机,他们实际上是在滑翔机的基础之上增加了一个动力装备,在最开始的时候也没有那么多的控制机关,还是靠着滑翔机的控制方式,发动机仅仅是提供了一个升力,当然后来逐渐的发展,需要再控制它的转速,控制它的起降,包括起落架,包括安全包括甚至的导航,雷达通信等等,因为涉及到的因素越来越多,这些都是附加的功能增加上去的,但是不得不说它的基本原理还是增加一个发动机,把滑翔机自己吹起来。


The first aircraft of Brazil

当然在莱特兄弟的同时,在巴西其实也是有一架飞机的,在前几年的古巴奥运会上就有这么架飞机的模型,他的飞机和咱们现在看到的飞机不太一样,人是坐在飞机的后面的。他的发明时间其实和莱特兄弟差不太多,但是可能莱特兄弟更广为人知吧。不过确实是在100多年前那是一个百花争艳的时候,电力的发现,燃油机的变小,整个科技的快速发展。人们似乎使用了100年,走完了过去几千年都实现不了的进步。

这么多年以来,飞机的总体结构没有什么大的变化,还是用发动机来推动滑翔机来起飞,当然越做越大,材料越来越好,也有很多辅助的功能,包括更多的电脑的应用,但是总的原则还是这个样子的,直到另一种变体出现,直升机。


The Helicopter design draft of Da Vinci

直升机和滑翔机最大的不同是他没有固定翅膀。他的升力是由于螺旋桨的旋转而产生的,它的螺旋桨的截面图,我们看起来会和这飞机的翅膀的截面图差不多,所以直升机的学名叫做旋翼式飞机,大概的意思就是说它的机翼在进行旋转,我们知道因为机翼的气流流过产生了上下的压力差,从而把飞机飞起来,固定翼飞机采用的方式是在机翼之前吹咬动气流,让气流快速的通过机翼的时候产生压力差,而直升机的创创意就不一样了,它实际上是让机翼动起来空气是静止的,这样就会产生一个压力,差也就是一样是有空气相对于机翼的运动,所以它叫螺旋翼飞机。这个对于固定翼飞机来说,是一个很大的进步了。应该说他在根本上改变了设计。


4旋翼


6旋翼


好多旋翼
好多旋翼


好多好多旋翼

当然我们现在又出现了很多垂直起降的飞机,大体的原理也是使用螺旋翼的方法,只不过它的螺旋翼不再是一个,而是4个螺旋翼,就像我们常见的大疆飞机,看起来像一个蝴蝶一样,当然也有更多旋翼。4旋翼,6旋翼,8旋翼,18旋翼,好多好多旋翼…但是总的来说和直升机的原理是一致的,他们可以提供了更加灵活多变的操纵模式,因为多个旋翼可以通过多个旋翼之间的转速和升力的不同来控制飞机的方向,这是一个精细化的控制过程,对于过去传统的飞行员机械控制来说是很难的,好在有计算机的帮助才可以实现,这也就是为什么在过去一般直升机都是常用的造型,一个大飞翼后面一个尾巴,这样可以控制方向和升力,而现在的小飞机却有多个旋翼,这是计算机技术推动传统工业的一个佐证了。

那么未来的发展方向是什么呢?现在有一种新的飞机,它不再采用机械的方式去推动旋翼,而是通过电离空气的方法对飞机的上下紧密之间产生压力差,也就是说不是通过运动而产生的压力差,而是改变了飞机机翼上下附近的空气结构,直接改变了目的,从而推动了飞机的前进,这个飞机在美国的一个大学里已经实施实验飞行完成了虽然只飞了几百米,但是它的含义不亚于莱特兄弟的首飞,也许随着它的做大会慢慢的变强,肯定当前还存在很多的技术问题,但是正如当初莱特兄弟的飞机一样,也仅仅是飞了几百米就掉下来了。但不管怎么说,这毕竟是一种新的探索模式。


奔向星辰大海

在接下来人们也许会找到更多的反重力的方法,也就是说通过其他的方式去克服地球的重力,从而满足人们飞天的梦想。就像我们在科幻小说里看到的,宇宙飞船启动反重力系统,哔的一声,飞船就不见了。

我们常常仰望天空,看着蓝天白云,到了夜晚我们会仰望星空,总是对着星辰大海充满敬畏和思考,人们随着探索的进步,总会越来越多的找到途径去探索更加广阔的未来,慢慢前进吧,星辰大海就在人类的前方。

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