武際可：人類飛起來(lái)前后

　　提要 簡(jiǎn)要地?cái)⑹隽巳R特兄弟發(fā)明飛機(jī)之前，前人對(duì)飛行的研究，并且介紹了萊特發(fā)明飛機(jī)和力學(xué)學(xué)科的關(guān)系，還介紹了圍繞飛機(jī)發(fā)明權(quán)的訴訟。

　　關(guān)鍵詞 飛機(jī)，萊特兄弟，空氣動(dòng)力學(xué)，恰納特， 柯蒂斯。

　　1903年12月17日，萊特兄弟第一次實(shí)現(xiàn)了人類飛行的夢(mèng)想。開辟了航空時(shí)代。這件事過(guò)去了整整一百年，現(xiàn)在世界各國(guó)都在隆重地紀(jì)念這一偉大的事件。本文就萊特兄弟發(fā)明飛機(jī)的前后，介紹幾件有關(guān)的歷史事實(shí)，以表紀(jì)念。

　　萊特之前的飛行研究

　　人類對(duì)飛行的向往是源遠(yuǎn)流長(zhǎng)的。飛機(jī)的發(fā)明決不是萊特兄弟心血來(lái)潮的幸運(yùn)所得，而是人類時(shí)代前赴后繼奮斗和積累的結(jié)果。

　　我國(guó)在戰(zhàn)國(guó)時(shí)代有了風(fēng)箏、三國(guó)時(shí)代有了孔明燈、晉代有了竹蜻蜓、宋代有了火箭的發(fā)明。它們是人類早期對(duì)重物升空的嘗試。

　　在歐洲的文藝復(fù)興時(shí)代，在達(dá)·芬奇的扎記中記載了他對(duì)滑翔升空的構(gòu)想。據(jù)說(shuō)他曾經(jīng)花了20多年觀察與研究鳥、蝙蝠、昆蟲的飛行，并且計(jì)劃將他的發(fā)現(xiàn)寫成一本著作。1505年，達(dá)·芬奇寫成了研究手稿《論鳥的飛行》。

　　19世紀(jì)初，英國(guó)人喬治·凱利（George Cayley,1773－1857）為了對(duì)空氣的阻力與升力進(jìn)行定量研究，1804年12月，凱利自己設(shè)計(jì)和制造了一架懸臂機(jī)，用于研究平板的升力和阻力。利用這個(gè)裝置，凱利得到了最早關(guān)于升力和速度方面的數(shù)據(jù)。他初步的結(jié)果是，平板的升力與面積成正比、與迎風(fēng)角成正比、與速度的平方成正比。他在懸臂機(jī)試驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn)了流線型對(duì)減少阻力的重要性。他經(jīng)過(guò)精心計(jì)算，給出了一架飛機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)，并且說(shuō)：“如果這塊平板能在動(dòng)力作用下高效率運(yùn)動(dòng)，空中航行就會(huì)實(shí)現(xiàn)�！�

　　大萊特曾說(shuō)過(guò)：“我們?cè)O(shè)計(jì)的飛機(jī)，完全按照凱利爵士的非常精確的計(jì)算方法。”所以后來(lái)西方的航空專家都稱凱利為航空之父。

　　在19世紀(jì)的后期，在英國(guó)、俄國(guó)、德國(guó)、法國(guó)都有一些動(dòng)力飛行的探索者。其中法國(guó)的彭橈(Alphonse Pénaud. 1850-1880)1871年發(fā)明的橡筋動(dòng)力的飛機(jī)模型，飛行距離超過(guò)60米，后來(lái)幾經(jīng)改進(jìn)。他是19世紀(jì)繼凱利之后在歐洲影響最大的空氣動(dòng)力學(xué)家。

　　1842年英國(guó)的漢森申請(qǐng)了他的飛機(jī)設(shè)計(jì)專利，這是世界上第一個(gè)有關(guān)飛機(jī)的專利。他的飛機(jī)上裝置的動(dòng)力是蒸汽機(jī)，他將這種飛行器定名為“空中蒸汽車”。后來(lái)他自己進(jìn)行了模型試驗(yàn)，在頭幾次試驗(yàn)失敗后，他的財(cái)力已經(jīng)耗盡，無(wú)力繼續(xù)而停止了。

　　1857年，法國(guó)的布里斯制造了一架大型滑翔機(jī)，他的起飛方式是將滑翔機(jī)固定在馬車上，然后驅(qū)車沿大路奔跑，當(dāng)馬車達(dá)到一定速度時(shí)，把滑翔機(jī)放出去。在第二從試飛時(shí)，不幸遇到了下降的氣流，滑翔機(jī)摔壞，他本人也摔斷了大腿。過(guò)了10年，他又東山再起，繼續(xù)繼續(xù)滑翔機(jī)試驗(yàn)，試驗(yàn)又遭失敗，從此他退出了航空。

　　德國(guó)的利林塔爾，1889年發(fā)表了一本《鳥類飛行的藝術(shù)》，這本書對(duì)后來(lái)的飛行影響很大。他還制造了具有蝙蝠形狀機(jī)翼的滑翔機(jī)，為了改進(jìn)他制造的滑翔機(jī)，他進(jìn)行了2500次以上的飛行試驗(yàn)。他對(duì)滑翔機(jī)不斷改進(jìn)，最長(zhǎng)的一次飛行是從15米高的山頭上起飛，滑翔了300米遠(yuǎn)。

　　利林塔爾對(duì)航空最大的貢獻(xiàn)是在準(zhǔn)備飛行前，要在地面上進(jìn)行一系列的試驗(yàn)。他試驗(yàn)了不同的翼型以確定對(duì)飛行最為有利的特點(diǎn)。有些機(jī)翼是平直的，而有些就像鳥翼一樣是彎曲的。利林塔爾發(fā)現(xiàn)彎曲的形狀更有利。后來(lái)萊特兄弟知道了利林塔爾的這些結(jié)果，并且把它應(yīng)用到自己的設(shè)計(jì)中去了。

　　利林塔爾在滑翔機(jī)上增加了舵，并且準(zhǔn)備裝上動(dòng)力，可惜在1896年8月的一天，在試飛時(shí)，因?yàn)闄C(jī)翼折斷而折斷了脊骨，于次日犧牲。他離開人世時(shí)最后的遺言是：“如果沒(méi)有犧牲，任何事都不會(huì)成功。”

　　這些只是動(dòng)力飛行的早期探索者中的少數(shù)例子。是這些勇敢的冒險(xiǎn)家的前仆后繼的探求，人們又不斷從中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，才有后來(lái)的飛行世紀(jì)。誠(chéng)然，像后來(lái)最早飛行成功的萊特兄弟，那樣的勝利者的業(yè)績(jī)值得慶賀，而像利林塔爾，這樣的失敗者的業(yè)績(jī)也是可歌可泣的。

　　蘭利（Samuel Pierpont Langley,1834－1906）是美國(guó)的職業(yè)科學(xué)家，起先曾從事土木工程工作，后來(lái)靠自學(xué)成為著名的天文學(xué)家。他發(fā)展了測(cè)輻射熱儀，對(duì)太陽(yáng)光譜測(cè)量作出了重要貢獻(xiàn)，1867年，任美國(guó)匹茲堡大學(xué)的物理與天文學(xué)教授。他從幼年便對(duì)鳥的飛翔產(chǎn)生了極大的興趣。經(jīng)常連續(xù)數(shù)小時(shí)觀看鳥的飛行。

　　1887年蘭利移居華盛頓，出任當(dāng)時(shí)美國(guó)學(xué)術(shù)權(quán)威機(jī)構(gòu)斯密森學(xué)會(huì)的秘書。他建造了一座60英尺的懸臂機(jī)，該機(jī)靠煤氣發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，外周速度可達(dá)每小時(shí)70海里。利用這座懸臂機(jī)，他進(jìn)行了大量的空氣動(dòng)力實(shí)驗(yàn)，研究平板與鳥翼在空氣中運(yùn)動(dòng)時(shí)的阻力與升力的規(guī)律，由此得到了許多定量的結(jié)果，并且糾正了前人的不少錯(cuò)誤。蘭利將他的研究結(jié)果寫成一本書《空氣動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)》，于1891年由華盛頓的斯密森學(xué)會(huì)出版。這本書是最早的比較系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)空氣動(dòng)力學(xué)著作，對(duì)后來(lái)的飛機(jī)研究者，包括萊特兄弟影響很大。

　　除了實(shí)驗(yàn)室研究外，蘭利還動(dòng)手做飛行試驗(yàn)。他先后從1891年開始試制了橡筋動(dòng)力模型飛機(jī)、設(shè)計(jì)并制造了輕型蒸汽機(jī)、并且設(shè)計(jì)了空中旅行者0－6共7個(gè)型號(hào)的飛機(jī)模型、對(duì)其中的第5、6兩號(hào)在1896年進(jìn)行了成功的飛行、后來(lái)又在1903年進(jìn)行了兩次不成功的載人的飛行試驗(yàn)。后來(lái)因?yàn)樨?cái)政拮據(jù)和新聞界的冷嘲熱諷，以及蘭利本人年事已高（接近70歲）的諸多原因，放棄了試驗(yàn)，蘭利也于1906年逝世。后人總結(jié)他載人飛行的失敗主要是由于結(jié)構(gòu)上的不合理，當(dāng)時(shí)他的發(fā)射架如果采用輪式起落架，試飛很可能是另一種結(jié)果。

　　萊特發(fā)明的飛機(jī)

　　人類探索飛行的犧牲，給媒體帶來(lái)了冷嘲熱諷的口實(shí)，報(bào)紙上說(shuō)試制的飛機(jī)是自殺機(jī)。

　　在俄亥俄州制造自行車的萊特兄弟（哥哥威布爾 Wilbur Wright，1867－1912，弟弟奧維爾Orville Wright，1871－1948）卻不顧媒體的嘲諷，決心試制飛機(jī)。萊特兄弟自幼癡迷于航空，這可以從兄長(zhǎng)威布爾 萊特寫給紐約斯密森學(xué)院的一封信里看得很清楚。這封信說(shuō)：

　　親愛(ài)的先生：

　　打從我還是一個(gè)孩子起，我一直對(duì)機(jī)械的和人類的飛行問(wèn)題感興趣，繼凱利和彭橈的機(jī)器之后，我曾做過(guò)許多不同大小的飛行物。我的觀察使我更堅(jiān)定地確信人類的飛行是可能的和行得通的。僅有的問(wèn)題猶如在所有的雜技表演中的技巧和知識(shí)。鳥類是世界上最理想的經(jīng)過(guò)訓(xùn)練的體操運(yùn)動(dòng)員，并且特別適應(yīng)于它們的工作，而人類可能永遠(yuǎn)不能夠與之相比，但是當(dāng)注視一只鳥追趕昆蟲或別的鳥時(shí)沒(méi)有人能懷疑這種能力的形成需要通常飛行的三或四倍的時(shí)間。我相信對(duì)人類來(lái)說(shuō)，簡(jiǎn)單的飛行至少是可能的，獨(dú)立的工作人員的大量的實(shí)驗(yàn)和研究，其信息、知識(shí)和技巧的積累結(jié)果將最終導(dǎo)向飛行的實(shí)現(xiàn)。

　　在通向這一主題的工作上，指引我入門的有Appleton出版的Marey和Jamieson的書以及許多雜志和內(nèi)容豐富的文章。我為準(zhǔn)備在我經(jīng)常的買賣的時(shí)間之余期望做貢獻(xiàn)，剛開始對(duì)這一主題的系統(tǒng)地學(xué)習(xí)。我希望得到像斯密森學(xué)院出版的關(guān)于這一主題的文章，并且如果可能還希望得到在以英文印刷中的文章的目錄。我是一位熱心者而不是沒(méi)有耐心的人，我有一些去嚴(yán)格建造飛行機(jī)器的寵愛(ài)的理論。我希望所有已知的對(duì)我有用，并且如果可能，對(duì)未來(lái)獲得最后勝利者略盡綿薄之力。我不知道你能送給我的是哪些出版物，不過(guò)一旦你通知我價(jià)格，我將如數(shù)匯出。忠實(shí)于你的Wilbur Wright

　　萊特兄弟首先從制造滑翔機(jī)開始，逐漸改進(jìn)。上面這封信，就是他們1899年5月30日寫信給斯密森研究院索取有關(guān)航空資料。他們研究前人的經(jīng)驗(yàn)，其中包括達(dá)·芬奇、喬治·凱利、蘭利教授、馬克辛（機(jī)槍的發(fā)明者）、查紐特、帕森斯、托馬斯·愛(ài)迪生、利林塔爾、阿代爾、等等的事跡與經(jīng)驗(yàn)。到1902年秋，已經(jīng)積累了上千次滑翔經(jīng)驗(yàn)，掌握了飛行的理論與技術(shù)。

　　最后，他們決心制造裝有發(fā)動(dòng)機(jī)與螺旋槳的飛機(jī)。經(jīng)過(guò)艱苦的研究，終于制成了4缸8馬力的內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)，并且用樅木制造了螺旋槳。1903年12月17日在北卡羅來(lái)納州的刺鬼山海岸（Kill Devil Hills beach），對(duì)他們制成的“飛行者”1號(hào)進(jìn)行了試飛。經(jīng)過(guò)4次試飛，最好的成績(jī)是在空中飛行59秒，飛行距離259.7米的記錄。那次試飛，他們發(fā)了50封邀請(qǐng)信，結(jié)果只來(lái)了5個(gè)人，報(bào)界對(duì)此反映冷淡。到1905年，美國(guó)著名的科學(xué)普及雜志《科學(xué)的美國(guó)人》說(shuō)這次試驗(yàn)只不過(guò)是一個(gè)騙局。可是，就在這一年，萊特兄弟的第三個(gè)改型飛機(jī)在10月5日那天，一次飛行了38.6千米，在空中持續(xù)飛行38分又3秒鐘。

　　最早的飛行與力學(xué)

　　20世紀(jì)產(chǎn)生的航空事業(yè)，可以說(shuō)是力學(xué)科學(xué)的產(chǎn)兒。它自始至終是在力學(xué)研究成果的指導(dǎo)和哺育下發(fā)展和成長(zhǎng)的。一般人以為，既然萊特兄弟是賣自行車的，所以他們只是憑借他們與自行車有關(guān)的機(jī)械學(xué)的知識(shí)制造飛機(jī)的。其實(shí)不然，他們的成功一直伴隨著對(duì)力學(xué)，特別是空氣動(dòng)力學(xué)的深入鉆研。以下略微說(shuō)一說(shuō)這方面的事實(shí)。

　　為了獲得有關(guān)空氣動(dòng)力學(xué)方面的知識(shí)，萊特兄弟向許多人寫信求助。下面是萊特兄長(zhǎng)1899年6月14日寫給紐約斯密森學(xué)院的信，信中說(shuō)：

　　親愛(ài)的先生：

　　我必須謝謝你6月2日的來(lái)信，在其中你親切地附上了一張選出的涉及航空的書目的單子。我還想感謝寄來(lái)的斯密森報(bào)告中的# 903, 93[....], 1134 與 1135等小冊(cè)子。附上一美元的現(xiàn)鈔，是打算預(yù)付你們寄給我蘭利的《空氣動(dòng)力學(xué)中的實(shí)驗(yàn)》的。

　　忠實(shí)于你的

　　Wilbur Wright

　　從這封信里可以看出，萊特兄弟是很好學(xué)的。前面說(shuō)過(guò)，蘭利在當(dāng)時(shí)至少是處于實(shí)驗(yàn)空氣動(dòng)力學(xué)的前緣。他們向他索要蘭利的有關(guān)著作，并且進(jìn)行了十分認(rèn)真的實(shí)驗(yàn)。

　　1901年萊特兄弟為了實(shí)驗(yàn)和改進(jìn)翅膀，建造了風(fēng)洞，他們研究與比較了200種以上的機(jī)翼形狀。這個(gè)風(fēng)洞大概是美國(guó)第一座風(fēng)洞。

　　除了萊特兄弟好學(xué)，向一切從前的和當(dāng)時(shí)的人學(xué)習(xí)以外，還應(yīng)當(dāng)特別提到的是有一位著名的工程師直接指導(dǎo)萊特的力學(xué)知識(shí)。這就是法裔工程師恰納特（Octave Hanute，1832－1910）。他是一位著名的鐵路工程師，主持設(shè)計(jì)過(guò)復(fù)雜的鐵路橋梁，采用新的材料進(jìn)行施工。他對(duì)飛行一直保持濃厚的業(yè)余興趣，而且他關(guān)于飛行的力學(xué)知識(shí)在19世紀(jì)80年代一直處于前緣。他與萊特兄弟一直保持通信，指導(dǎo)他們，并且親自去過(guò)萊特兄弟的試驗(yàn)場(chǎng)地。在1886年8月于布法勒（Buffalo）他在美國(guó)第一次組織召開了關(guān)于航空研究可能性的討論會(huì)。這也就是美國(guó)科學(xué)促進(jìn)協(xié)會(huì)（American Association for the Advancement of Science (AAAS)）的第一個(gè)系列會(huì)議。之后他與他知道的任何有志于航空研究的人通信。1889年在多倫多又召開了AAAS 的會(huì)議，會(huì)上他正式將航空計(jì)劃作為一個(gè)工程問(wèn)題。在1893年他趁芝加哥世界博覽會(huì)之機(jī)，在芝加哥組織召開了一次國(guó)際航空會(huì)議。許多對(duì)航空有興趣的著名人物出席了會(huì)議，其中有斯密森學(xué)院的秘書蘭利、發(fā)明家愛(ài)迪生等。之后于1894年他出版了《飛行力學(xué)進(jìn)展》，后來(lái)這本書成為這方面的一本經(jīng)典著作。

所以美國(guó)人羅杰 勞紐斯（Roger D. Launius）說(shuō)：“萊特兄弟教會(huì)了世界飛行，但是是誰(shuí)教會(huì)了萊特兄弟去飛行的呢？從最廣泛的意義上說(shuō)是一位出生于法國(guó)，在芝加哥長(zhǎng)大的工程師――恰納特。”

　　飛機(jī)發(fā)明權(quán)之爭(zhēng)

　　1903年5月，萊特兄弟曾就他們對(duì)飛機(jī)兩翼升力差及平衡等問(wèn)題，向英國(guó)和美國(guó)提出了專利申請(qǐng)，英美兩國(guó)分別于1904年和1906年批準(zhǔn)了這項(xiàng)專利。

　　柯蒂斯（Glenn Curtiss，1878－1930）早先在造摩托車與摩托發(fā)動(dòng)機(jī)的行業(yè)中很有成就。1907年他以自造的摩托車在佛羅里達(dá)創(chuàng)造了每小時(shí)136海里的記錄，被譽(yù)為“活著的最快的人”。后來(lái)他制造氣球飛船用的發(fā)動(dòng)機(jī)。1906年他在紐約展出他的發(fā)動(dòng)機(jī)，受到電話的發(fā)明人貝爾的注意，而貝爾正想制造一架飛機(jī)，邀請(qǐng)柯蒂斯參加他的計(jì)劃。從此投身到航空事業(yè)中去。后來(lái)專門生產(chǎn)飛機(jī)用的發(fā)動(dòng)機(jī)。

　　1908年，柯蒂斯發(fā)現(xiàn)了飛機(jī)的副翼原理，其作用是使兩翼產(chǎn)生升力差。

　　萊特兄弟聞?dòng)�，以為柯蒂斯侵犯了他們的專利�?quán)，就向法院提出了控告。

　　1914年1月，聯(lián)邦高等法院判決萊特兄弟勝訴�？碌偎共环�，他想重新試飛比萊特兄弟早的蘭格里的“航空站號(hào)”飛機(jī)。如果蘭格里的飛機(jī)試飛成功，他就能在訴訟中擊敗萊特兄弟。

　　柯蒂斯找到了斯密桑寧研究院院長(zhǎng)沃爾科特。沃爾科特一直想替前任院長(zhǎng)蘭利爭(zhēng)得榮譽(yù)，自然很贊同柯蒂斯的想法。他向柯蒂斯提供了2000美元的實(shí)驗(yàn)費(fèi)。

　　1914年4月，蘭利的飛機(jī)被送到柯蒂斯工廠重新組裝，柯蒂斯對(duì)飛機(jī)改動(dòng)了35處。飛機(jī)試飛成功了。

　　沃爾科特十分高興。他在研究院的年度報(bào)告上，專門登載了一則聲明：“根據(jù)1914年實(shí)驗(yàn)證明，1903年的蘭格里飛機(jī)是不加以任何實(shí)質(zhì)性改進(jìn)，就能夠由人操縱進(jìn)行連續(xù)飛行的、最早的、比空氣重的飛機(jī)。”

　　從此，蘭利飛機(jī)就被人們認(rèn)為是世界上第一架飛機(jī)，它被陳列在國(guó)立博物館最顯要的位置。

　　萊特兄弟對(duì)此自然不服，他們又向有關(guān)部門申訴。雙方從1914年訴訟開始，一直爭(zhēng)執(zhí)了28年。直到1942年，萊特兄弟的飛機(jī)從倫敦博物館運(yùn)回美國(guó)，爭(zhēng)議才告一段落。萊特的優(yōu)先發(fā)明權(quán)終被確立，萊特的飛機(jī)才被放在博物館最榮耀的地方。

　　在這場(chǎng)爭(zhēng)議中，他們彼此造成了一些損傷，不過(guò)在柯蒂斯與萊特兄弟爭(zhēng)訟的同時(shí)他們?yōu)榱斯餐�的利益還是有合作的。柯蒂斯不僅是一位發(fā)明家還是一位很卓越的企業(yè)家，在第一次世界大戰(zhàn)中，生產(chǎn)了一萬(wàn)多架飛機(jī)，柯蒂斯成為世界上最大的航空公司的主席，其雇員超過(guò)兩萬(wàn)。1929年7月5日柯蒂斯與萊特正式聯(lián)合成立柯蒂斯－萊特公司。迄今這個(gè)公司已經(jīng)有70多年的歷史，它雖然不是最大型的企業(yè)，但良好的經(jīng)營(yíng)，在強(qiáng)手如林的美國(guó)企業(yè)中仍然辦得獨(dú)具特色。它目前是以制造控制系統(tǒng)、金屬加工為主要業(yè)務(wù)。在紀(jì)念人類飛行100周年的活動(dòng)中，它表現(xiàn)得非�；钴S。

　　參考文獻(xiàn)

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　�。�2］梅子，功名爭(zhēng)奪，當(dāng)代工人雜志社，2003

　　［3］武際可，力學(xué)史，重慶出版社，2000年

　　刊登于《力學(xué)與實(shí)踐》2003年06期，作者授權(quán)天益發(fā)布

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