现代飞机的大家族

第一架飞机的问世 1903 年，威尔伯·莱特和奥维尔·莱特兄弟发明了第一架以内燃机为动力的可操纵的有人驾驶飞机。

莱特兄弟是自行车技师，在美国俄亥俄州德顿城开了一个自行车小作坊。他们没有上过大学，只有中学文化程度。他们的外祖父和母亲都是技术很高的手艺人，因此他们从小受过很好的制造手艺的教育。

莱特兄弟少年时代就对飞机很感兴趣。他们不断搜集有关飞行的书籍，不断思考着：既然鸟能不费力地用两个翅膀在空中翱翔，那么人为什么不能用同样的手段在空中飞行？经过不懈的努力，他们不仅掌握了一定的航空知识，而且了解了前人飞行的经验和教训。

1901 年 9 月，莱特兄弟搞了一个小型风洞，在里面做了多项测量工作。他们通过风洞出来的气流吹到薄板上产生压力，从而得到表面升力的精确数据，同时，他们还设计和制造了另一种测量升力和阻力比例的设备，用这两种设备对升力及升力和阻力的比例做了上千次的测量。

1902 年，莱特兄弟设计出较大的带动力装置的新飞机。

1903 年 12 月 17 日，莱特 1 号飞机开始试飞。这架飞机长 6.5 米，

翼展 12.3 米，全架飞机重 280 公斤。第一次飞行由奥维尔·莱特驾驶，

飞行距离为 36 米，留空时间为 12 秒钟。在第 4 次飞行中，威尔伯·莱

特驾驶飞机在 59 秒钟内飞行了 260 米，这是后来得到世界公认的第一次自由飞行的记录。

此后，莱特兄弟又不断对飞机进行改进和研究，并多次到世界各地进行飞行表演。后来，莱特兄弟被誉为航空奠基人。多才多艺的水上飞 机 亨利·费勃 1882 年生于法国的一个船舶世家，从小他就目睹了风暴、海啸的凶猛以及在海洋中航行的艰辛，因此自飞机发明以后，他便

立志制造一种能在水上起飞降落的飞机，以防备海上航行时遭遇不测。1910 年 6 月 28 日上午。在法国南部最大的商港马赛港附近，亨利·费勃

驾驶着自己设计制造的飞机，从海上起飞，以每小时 60 公里的速度飞行

了 500 米，并安全降落。下午，他又做了公开飞行表演，飞行距离 6000 米。第一架水上飞机从此诞生了。亨利·费勃被人们誉为水上飞机之父。

我国旅美华侨谭根在 1910 年也设计制造出水上飞机，并在当年举行的万国飞机制造大会上参加比赛，获得水上飞机比赛第一名。

早期人们对水上飞机十分重视。1913 年，在地中海沿岸的摩纳哥公园举行了第一次水上飞机的国际比赛，规定飞机绕一定的回路飞行。在比赛中，法国驾驶员姆·普雷伏斯特创造了每小时 204 公里的直线飞行速度纪录。

此后，水上飞机不断发展。本世纪 30 年代初投入使用的德国“多尼

DO—10”水上飞机，用 12 台美国冠蒂斯发动机作动力，总功率 7800 马

力。螺旋桨前后排列，前拉后推，起飞重量达 56 吨。机内设备豪华舒适，

首次飞行运载 169 名旅客，环绕地球一周，在航空史上写下了壮丽的一页。

现在，随着陆上飞机性能的不断完善，以及直升机和航空母舰的发展，水上飞机在航空事业中的作用远不及 20 年代了。但是，由于它具有水上起落的特点，因此仍具实用价值。目前，世界上许多国家仍在发展水上飞机。

快如闪电的火箭飞机 世界上的飞机，根据它们所选用动力装置的不同，可以分为活塞螺旋桨飞机、涡轮螺旋桨飞机、涡轮喷气飞机，涡轮风扇飞机、冲压式喷气飞机和火箭飞机等。火箭飞机是用火箭发动机提供动力的有翼飞行器。它的特点是速度快、飞得高，因此主要应用于航空和宇航事业进行的研究试验中。

世界上第一架以火箭为动力的飞机是德国海因克尔公司的 HE－ 178，它的设计师就是后来成为美国“火箭之父”的但当时还不出名的工程师冯·布劳恩。 HE— 178 火箭飞机于 1939 年 6 月 20 日首次试飞， 该飞机装有一台推力为 588O 多牛顿的 HWK—RI—203 火箭发动机，用过氧化氢和甲醇作推进剂。在同年 7 月 3 日的一次试飞时，速度达每小时

850 公里，可算是当时的最高纪录。但由于飞行持续时间太短，不久又爆发了第二次世界大战，因此中断了研制工作。

两年后，德国的梅塞施米特公司设计制造出世界上第一架能作战使用的 ME—163 火箭飞机。ME—163 机体很小，翼展 10 米，机长 7 米，无尾翼。后掠机翼采用了普通的翼型，但厚度与翼弦比很大，目的是为了把燃烧箱装在机翼里。在 1941 年 10 月 2 日的试飞中，ME—163 的速度达

每小时 1003.77 公里，首次突破时速 1000 公里的大关。

灵活机动的直升机 20 世纪内燃机的问世，推动了工业革命的发展，也使直升机的研究，进入载人试飞阶段，并逐步获得成功。

1907 年，法国人保罗·科尔尼制造了历史上最早飞行的直升机。这架直升机机身前后各装有一副飞轮式的旋翼，每副旋翼有两片桨叶，靠24 马力的发动机驱动。11 月 13 日，保罗的直升机首次飞离地面，在 20

秒的时间内，上升了约 30 米的高度。

早期的直升机在发展过程中，除遇到动力问题外，还有操作性和稳

定性差的难题。在攻克这个技术难题上，西班牙人马科斯·佩斯克拉做出了巨大贡献。他早在 1919 年便开始从事共轴式直升机的研究。1923

年，他在第 3 个型号上，安装了现代直升机必不可少的有铰桨叶、总矩操作和周期交矩操纵系统，初步解决了直升机稳定性的操作性问题，并实现了侧飞、自转下降和瞬间增矩着陆等具有重大实用价值的机动飞行。

1942 年 1 月，在美国陆军航空队某基地，诞生了人类第一架具有实用价值的 XR—4 直升机。XR—4 的原型是被誉为“近代直升机之父”的伊格尔·西科斯设计的 VS—300，它于1940 年 5 月 13 日首次自由飞行试飞成功，成为世界上第一架单旋翼实用型直升机。

这架外形奇特的新式飞行器，骨架是由 10 根钢管焊接而成，装有一

台 75 马力的四缸气冷活塞式发动机，发动机主轴经齿轮箱减速同时带动直径 8.5 米的三叶旋翼和呈水平状态的可操纵的两叶尾桨。XR—4 为英美政界要人们作了在 6 米见方的地面上垂直起降、悬停、前飞、侧飞、垂

直上升到 150 米的高度、关机自转下滑、近地悬停等飞行表演。最令人拍手叫绝的是吊一网篮生鸡蛋着陆而无一破碎。至此，直升机首次向人们展示出它奇特的飞行特性和技术上的初步成功。

1982 年 8 月 1 日，美国人罗斯·帕罗特和詹伊·高波恩驾驶贝尔 206L “远程突击队”直升机从得克萨斯州出发，向西绕地球一周，9 月 30 日返回原起飞点，完成了直升机的首次环球飞行。此后，澳大利亚人戴伊克、史密斯驾驶贝尔 206B“喷气突击队员”直升机进行了单人环球飞行， 从而再次证明了直升机进行远程飞行的可靠性。

应用广泛的旋翼机 旋翼机是介于定翼机和直升机之间的一种飞行器。在历史上，旋翼机无论在技术方面还是在应用方面，都曾比直升机要成熟得多，应用也更广泛。

早在 1923 年 1 月 9 日，西班牙人拉·西瓦亲自驾驶改良后的 C8L 型旋翼机，载着一名乘客，从伦敦起飞，首次成功飞越英吉利海峡直抵巴黎。这一创举还独创性地采用了旋翼有动力预转起飞的方法，从而缩短了起飞滑跑距离。

此后，人们一直不断研制各种旋翼机。

VX—15 是美国贝尔直升机公司根据军事部门、国家航空与宇航局的要求研制的旋翼机。这种飞机在机翼两端各装有一部可以转动的短舱， 内部安装有三叶螺旋桨式发动机。当短舱垂直上升时，它能像直升机一样垂直起飞，然后在空中转动发动机短舱，使其对准飞行方向，此时， 飞机像普通飞机一样平飞。 VX— 15 的最大起飞重量为 5. 9 吨，飞

行高度达 9000 米。在 5000 米的高度上，速度可达每小时 550 公里。这种旋翼极实际上是直升机与普通飞机相结合的产物，其飞行速

度、高度和经济效益都大大超过了现代直升机。各国军事专家普遍对研制这种具有直升机和普通飞机双重功能的旋翼机尤为感兴趣。

“空中自行车”——人力飞机 在近代人力飞机的发展过程中， 英国的克莱默奖起了很大的促进作用。

1960 年 1 月，英国皇家航空学会宣布，微电池公司主席兼经理、工

业家克莱默提供了一笔 5000 英镑的奖金，授予能实现 8 字飞行的人力飞

机。条件规定人力飞行必须完全依靠人力从地面起飞，绕相距 800 米的

两根立柱飞出一条 8 字形航线，飞行高度要超过 3 米。

1967 年，仅英国就制造了十几架人力飞机，但没有一架能完成 8 字

航线的飞行。克莱默在失望之际决定将奖金由 5000 英镑提高到 10000 英镑，并宣布此项奖金不再局限于本国，而是面向全世界。1973 年，世界上的人力飞机超过 30 架，但仍没有人能够完成此项飞行。于是克莱默又

将奖金提高到 50000 英镑。这样克莱默奖一举超过诺贝尔奖，成为航空史上金额最大的一笔奖金。面对克莱默奖的巨额诱惑和飞行难题的挑战，英、日、法、美等国积极进行研制工作，展开激烈竞争。

1961 年 11 月，由英国骚桑普敦大学的学生们制造的第一架由人力从地面自行起飞的人力飞机试飞成功。这架人力飞机具有自行车式驱动的推进螺旋桨，翼展 24.4 米，重 58 公斤，最远飞行了 600 米的距离，离

地约 1.5 米。

此后不久，英国霍克·西德利宇航公司的职工制造一架更精致的人力飞机——“海鸭号”，并在 1962 年创造了直线飞行 908 米的纪录。这

个纪录一直保持了 10 年，直到 1972 年，才被英国空军研制小组的“木星”号人力飞机所打破。

“木星”号人力飞机长 9 米，翼展 24.38 米，重 66 公斤。1972 年 6

月，它创造了人力飞机直线飞行距离 1070 米的新纪录，留空时间为 1 分

47 秒。它的特点是把螺旋桨由机尾移至机身中部的桨架上，从而简化了传动机构，提高了螺旋桨的效率。

日本从本世纪 60 年代开始研究人力飞机，日本的大学生用 3 年时间制造了“红雀”号人力飞机。后来又在“木星”号的启发下，研制成功“白鹤”号人力飞机。“白鹤”号飞行距离多次超过 500 米，并完成了

180°转弯。1976 年 11 月，还创造了 2093 米的飞行成绩，成为克莱默奖的有力争夺者。

1976 年，美国加利福尼亚州的航空工程师麦克里迪制造了一架奇特的人力飞机——“飘忽秃鹰”号。麦克里迪曾经是一名优秀的滑翔运动员，还是伞翼滑翔的爱好者，他在设计中打破了最流行的人力飞机的设计方案，而应用了伞翼滑翔的原理。

“飘忽秃鹰”号翼展长 3O 米，重 32 公斤，翼表面蒙着一块极薄的薄膜，大机翼下方有一个驾驶座，座前挡了一块流线型挡板。驾驶座下方是一对脚蹬，它用传动链条带动飞机后方的双叶螺旋桨。机身前方伸出一根细长的铝管，管的前端安装了一只鸭式前翼，用来操纵飞机的飞行。飞行员是 24 岁的运动员布鲁安·艾伦，他在短时间内可蹬出 1.2 马力。

1977 年 8 月 23 日，“飘忽秃鹰”号人力飞机飞行了 7 分 28 秒，航

程 2173 米，不仅作了直线飞行，而且顺利完成了 8 字航线的飞行，从起

飞到着陆，飞越指定标志线时，离地距离超过了 3 米。麦克里迪因此获得了举世瞩目的克莱默奖。

在 8 字航线被征服之后，1978 年，英国皇家航空学会宣布了新的克莱默奖，即以 10 万英镑奖给第一架飞越英吉利海峡的人力飞机。

消息传出后，人们议论纷纷，飞越英吉利海峡是人力飞机所能完成的吗？人力飞机的研究者们无不苦心钻研、跃跃欲试，展开激烈的角逐。

1979 年 6 月 12 日，在英国南部小镇福克斯通的码头上停放着一架古

怪的飞机，这就是麦克里迪设计的又一架人力飞机“飘忽信天翁”号。它有一对细长的机翼，没有尾翼。翼展长 30 米左右。机翼正下方的座舱中安装了两只小小的塑料轮子。飞机不带发动机，只有一套用塑料链条传动的脚踏机构，带动机翼后面的塑料螺旋桨。飞行时，飞行员的脚踏动力使螺旋桨旋转，产生升力。

飞行员艾伦整装待发了。他的目的地是海峡对岸的法国加来地区。这是历史上首次乘坐人力飞机飞越海峡的尝试。

5 点 51 分，飞机顺利起飞。原计划“飘忽信天翁”号可以在 2 小时

之内飞完全程，但是 1 小时 15 分钟之后，海上波涛汹涌，引起海峡上空空气的扰动，这给飞行带来很大困难，艾伦顶风前进，速度减慢下来。由于闷热和脱水，艾伦的腿部发生了痉挛，他已经精疲力竭了，但仍然坚持着。

8 点 40 分，“飘忽信天翁”号终于顺利抵达了法国的格里内角海滩。

此次飞行历时 2 小时 49 分，航程 37 公里，不愧为当代航空史上的又一奇迹、人力飞机发展道路上的又一里程碑。设计师麦克里迪因此再次摘取了克莱默奖。

此后，麦克里迪和助手们把“飘忽信天翁”号修复一新，送往当时尚未闭幕的巴黎航空博览会上公开展出。

以后，实业家亨利·克莱默再次向英国皇家航空学会捐赠 10 万英镑。作为人力飞机的速度竞赛的奖金。这个速度竞赛被称为克莱默世界速度竞赛。竞赛要求人力飞机在 3 分钟内沿三角形航线飞行 1500 米。奖金中

2 万英镑奖给第一个完成这种飞行的人，以后每打破一次速度纪录奖给

5000 英镑，直到 10 万镑发完为止。

1983 年 9 月 25 日和 27 日，在美国加利福尼亚州萨夫特机场上，一

架名为“仿蝙蝠“的人力飞机以每小时 41 公里的平均速度两次飞完了一

个 1600 米长的锐角三角形的航线，平均每次飞行时间为 2 分 38 秒。 “仿蝙蝠”人力飞机是在麦克里迪指导下，用石墨、Kevlar、聚苯

乙烯和聚酯树脂制造的，重 36.3 公斤，翼展长 14.6 米。它带有电储能

系统，在飞行前 10 分钟，飞行员踏动脚蹬带动发电机给电池充电。电池是与带动变矩推进式螺旋桨的发动机接通的，这样电动机可帮助飞行员驱动螺旋桨。

这次飞行由麦克里迪的儿子完成，使麦克里迪再度获得了克莱默速度竞赛奖。

翩翩翱翔的太阳能飞机 太阳能飞机是以太阳能为动力飞行的飞机。世界上第一架太阳能飞机是由美国航空工程师麦克里迪设计的。

麦克里迪设计了“飘忽企鹅”号人力飞机，在机翼上安装了 16000 块光电池。光电池又叫太阳能电池，它是一种夹有光敏层的硅片，可见光通过硅片时，光粒子与光敏层的化学物质作用，释放出电子，产生的电流经过导线传递给发动机，发动机带动螺旋桨转动，使飞机飞行。

1980 年 8 月，“飘忽企鹅”号由女驾驶员珍尼丝·布朗操纵，飞行

了 3.2 公里，飞行时间为 14 分 32 秒。在初次飞行中，飞行的高度仅为

30 米，虽然在这一高度上不能保证获得足够的阳光，但初次飞行的成功， 足以证明了麦克里迪的设计思想是可行的。

随后，麦克里迪决定进一步改进他的太阳能飞机，他得到了著名的

杜邦公司的支持。杜邦公司为他提供了一系列航空和宇航用的新型材料

——工程塑料，以及经费、工程师和摄影组等。

1980 年 12 月，新设计的“太阳挑战者”号太阳能飞机试飞成功。它

的主翼和尾翼上装有 16128 块太阳能电池，飞机全长 9.1 米，翼展 14. 3

米，机体重量仅为 90 公斤。在 8 小时的时间里，飞机飞行了 370 公里，

高度达到 4360 米。即使在云彩遮住阳光的时候，飞机下降的速度也仅有

30 米 / 分 ， 能 确 保 飞 行 安 全 。“太阳挑战者”号太阳能飞机几乎是一架全塑飞机。首先，在机翼

的主支撑结构，以及操纵、着陆装置等部位，使用了强度是钢铁 5 倍的聚芳族纤维，在整个机体的增强部位，也都使用了这种材料。其次，在机体和机翼的蒙皮上采用了聚脂薄膜。最后，在主翼的夹层结构中，还使用了聚芳纤维纸蜂窝。此外，用得较多的材料是具有优异耐气候性和不易变色的丙烯酸薄膜和氟塑料薄膜。正是由于采用了这些性能优异的工程塑料，“太阳挑战者”号才既牢固又轻便，成功地完成了飞行。

1981 年春天，“太阳挑战者”号即将飞越英吉利海峡的飞行。飞行

员是 28 岁的普达塞克，他既进行过滑翔机的飞行，又驾驶过喷气式飞机， 经验十分丰富。1981 年 6 月，太阳能飞机由一艘航空母舰运往法国。7 月 7 日，晴空万里，太阳能飞机就要起程了。普达塞克依次接通 5 组太

阳能电池，开始驾驶“太阳挑战者”号滑跑起飞，经过 7 次试飞，飞机

终于离开地面，以大约每分钟 70 米的速度迅速上升，几分钟后达到 600 米的高度，然后昂首飞向英吉利海峡。

普达塞克稳稳地爬升，同时不断调整航向和转动可调螺旋桨，以便进入最佳飞行状态。突然，平静的空气中出现了一股紊流，“太阳挑战者”号剧烈地俯仰、扭摆起来，原来附近出现了两架飞机，上面满载着新闻记者和摄影师。虽然距离相当远，但那强烈的尾流足以令轻盈的“太阳挑战者”号面临灭顶之灾。幸亏法国空中交通管制部门及时解围，才把热心的采访者打发走了。

此后，普达塞克耐心地斜飞 Z 字航线，避开云朵，捕捉更多的阳光。不久，英国的多佛尔海滩终于映入眼帘，太阳能飞机飞临英国领空。在连续飞行 5.5 小时、行程 260 公里以后，“太阳挑战者”号终于安全降落在蒙斯顿皇家空军基地。

这次具有历史意义的飞行，标志着太阳能作为一种崭新的能源进入了人类航空领域。