漫談飛機

雄鷹為什么能在天空翱翔？人類經過無數次模仿鳥的翅膀，最終制造了飛機的機翼，從而實現了遨游天空的夢想.讓我們跟隨著人類飛天的夢，由模糊漸清晰，一步步夢想成真.

一、遠古的飛天夢想

我國古代勤勞勇敢的勞動人民對于絢麗的天空、翱翔的蒼鷹早就有著各種美妙的幻想.根據秦漢時期史書記載，兩千多年前，我國人民就發明了風箏，并且應用于軍事聯絡.春秋戰國時代，魯國匠人魯班，首先開始研制能飛的木鳥.西漢時期，有人用鳥的羽毛做成翅膀，從高臺上飛下來，企圖模仿鳥的飛行.據《杜陽雜編》記載，唐朝有個人名叫韓志和，“善雕木作鸞、鶴、鴉、鵲之狀，飲啄動靜與真無異，以關戾置于腹內，發之則凌云奮飛，可高達三丈至一二百步外，始卻下”.以上幾例，足以說明我國古代勞動人民對鳥類的撲翼和飛行，進行了細致的觀察和研究，這也是最早的仿生設計活動之一.

外國的文明史上，大致也經歷了相似的過程.在包含了豐富生產知識的古希臘神話中，有人用羽毛和蠟做成翅膀，逃出迷宮.15世紀時，德國的天文學家米勒制造了一只鐵蒼蠅和一只機械鷹，并進行了飛行表演.

二、化繭為蝶，實現飛天夢想

1800年左右，英國科學家、空氣動力學的創始人之一——凱利，模仿鱒魚和山鷸的紡錘形，找到阻力小的流線型結構.凱利還模仿鳥翅設計了一種機翼曲線，對航空技術的誕生起了很大的促進作用.同一時期，法國生理學家馬雷，對鳥的飛行進行了仔細研究，在他的著作《動物的機器》一書中，介紹了鳥類的體重與翅膀面積的關系.德國人亥姆霍茲也從研究飛行動物中，發現飛行動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.通過對鳥類飛行器官的詳細研究和認真的模仿，根據鳥類飛行機構的原理，德國人奧托·利連塔爾終于在1870年制造了第一架滑翔機.

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

19世紀末，內燃機的出現給了人類一直夢寐以求的東西：翅膀.不用說這種翅膀是笨拙的、原始的和不可靠的，然而這卻是使人類能隨風伴鳥一起飛翔的真正的翅膀.

終于在1903年，萊特兄弟在用風箏和滑翔機進行了成千次飛行后，發明了帶滑橇的“飛行者1號”雙翼飛機，實現了人類第一次自主操作飛行.盡管當時的飛行距離僅有260m，歷時59s，但卻開創了人類航空史的新紀元.

三、飛機的起飛原理

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

要知道飛機起飛的原因，先要知道流體力學中的一個基本原理：流速與壓力成反比.即空氣流動得越快，空氣的壓力就越小，反之亦然.我們可以做一個有名的簡單實驗：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，你會發現，兩張紙不是被你吹開，而是被你吹攏.因為兩紙間的空氣流動了，壓力變小了，而兩紙的外側一面的空氣沒有流動，壓力相對增大了，紙便被空氣往里“壓”了.

知道了流體力學的這個原理，飛機起飛的原理就好理解了.我們來看飛機的機翼構造（如圖所示）.

原來，飛機的機翼的上下兩側的形狀是不一樣的，上側的要凸些，而下側的則要平些.當飛機滑行時，機翼在空氣中移動，從相對運動來看，等于是空氣沿機翼流動.由于機翼上下側的形狀是不一樣的，機翼上側的空氣比下側的空氣流過了較多的路程（曲線長于直線），在同樣的時間內，也即機翼上側的空氣流動得比下側的空氣快.根據流動力學的原理，當飛機滑動時，機翼上側的空氣壓力要小于下側，這就使飛機產生了一個向上的升力.當飛機滑行到一定速度時，這個升力就達到了足以使飛機飛起來的力量.于是，飛機就飛上了天.

但是在繼續研制飛行更快更高的飛機時，設計師又碰到了一個難題，就是氣體動力學中的顫振現象.當飛機飛行時，機翼會發生有害的振動，飛行越快，機翼的顫振越強烈，甚至使機翼折斷，造成飛機墜落，許多試飛的飛行員因此喪生.飛機設計師們為此花費了巨大的精力研究消除有害的顫振現象，經過長時間的努力才找到解決這一難題的方法.就在機翼前緣的遠端上安放一個加重裝置，這樣就把有害的振動消除了.可是，昆蟲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，經過長期的進化，昆蟲早已成功地獲得防止顫振的方法.生物學家在研究蜻蜓翅膀時，發現在每個翅膀前緣的上方都有一塊深色的角質加厚區——翼眼或稱翅痣.如果把翼眼去掉，飛行就變得蕩來蕩去.實驗證明正是翼眼的角質組織使蜻蜓飛行的翅膀消除了顫振的危害，這與設計師高超的發明何等相似.假如設計師們先向昆蟲學習翼眼的功用，獲得有益于解決顫振的設計思想，就可似避免長期的探索和人員的犧牲了.面對蜻蜓翅膀的翼眼，飛機設計師大有相見恨晚之感！

四、飛機的分類

飛機有直升機與普通飛機兩種，不可否認，直升機和普通飛機有些共同點.比如，都是飛行在大氣層中，都重于空氣，都是利用空氣動力的飛行器，但直升機有其獨有特性.飛機靠它的固定機翼產生升力，而直升機是靠它頭上的槳葉（螺旋槳）旋轉產生升力.

（1）直升機的大螺旋槳旋轉產生升力平衡重力.

普通機是靠固定機翼產生升力起飛的，而直升飛機是靠頭上的槳葉（螺旋槳）旋轉，撥動空氣產生升力的.直升機起飛時，螺旋槳越轉越快，產生的升力也越來越大，當升力比飛機的重量還大時，飛機就起飛了.在飛行中飛行員通過改變大螺旋槳旋轉的速度就可以調節高度了.

（2）直升機的橫向穩定.

直升機如果只有大螺旋槳旋，那么根據動量守恒，機身就也會旋轉，因此直升機就必須要一個能夠阻止機身旋轉的裝置.而飛機尾部側面的小型螺旋槳就是起到這個作用，飛機的左轉、右轉或保持穩定航向都是靠它來完成的.同時為了不使尾槳碰到旋翼，就必須把直升機的機身加長，所以，直升飛有一個像蜻蜓式的長尾巴.

五、飛機發展前景

隨著飛機的不斷改進，它們逐漸失去了原來那些笨重而難看的體形，它們變得更流暢，更簡單，更加實用.如今飛機不論在速度、高度和飛行距離上都遠遠超過了鳥類.

無人機是“無人駕駛飛機”的簡稱，主要依靠無線電遙控或向其輸入程序指令實現自主控制飛行.它是當今高技術武器裝備之一，廣泛運用于戰場偵察、電子對抗、空中打擊等諸多軍事行動，被譽為現代戰場的“千里眼”和“殺手锏”.

目前，西方一些軍事強國正在積極從事應用地表效應制造地效飛機的研究，而且有些樣機已經走出了實驗室.據報道，最近我國已研制成功具有國際先進水平的地效飛機，也稱氣墊飛行器.它是飛機和艦艇的“混合物”，形似飛機，又具有船身，能貼近海面或地平面高速飛行.

許多軍事家預言，地效無人飛機將成為現代立體戰爭的組成部分，在軍事上應用前景十分廣闊，如可用于登陸運輸，反潛和布雷等任務.同時民用方面使用前景也十分廣闊，如可用于海上和內河快速運輸，海情偵察，水上救生等.