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西雅图飞行博物馆Museum of Flight 漫步之二:板凳和莱特兄弟的飞行器

写莱特兄弟的飞行器的文章有成千上万,不管我写什么,大概也不会有人看了,所以只能用这种标题来吸引读者的注意力,“板凳”和飞行器。在西雅图的飞行博物馆里,有一个1:1的莱特兄弟的飞行器的模型。见图。旁边还有一个仿制的板凳。请再看一下这张网络的莱特兄弟第一次飞行的照片,正中间就是一个板凳。就是这个问题,这个板凳的作用是什么?对于飞行真正有兴趣的读者不妨思考一下,看看自己是否能回答的出来。答案在此博客的最后面,所以请大家耐心看完此文章了。谢谢了。
 
 
一、莱特兄弟的生涯
 
在做飞机之前莱特兄弟的职业是什么?自行车。没错,就是自行车。不要小看自行车,那可是在没有外部动力帮助下,人类发明最好的交通工具。我小的时候,WG前,那个时候除了积木之外,不记得要跟什么玩具。而在我学会骑自行车之前,已经在父亲的指导下,开始了修自行车。修闸,翻修链条,换滚珠等等吧。
 
英语有一句顺口溜“two wrongs make a right, and two rights make an airplane.两个错合成一个对的,而两个莱特造了一架飞机”。莱特兄弟,兄名维尔伯-莱特(Wilbur Wright),弟名奥维尔-莱特(Orville Wright)莱特。莱特兄弟出生于美国俄亥俄州的一个名叫岱顿(Dayton)的小镇。此地处芝加哥东南约500公里,离我曾就读的印地安那州的普渡大学东南约300公里。所以我曾参观过在此城的世界上最大的航空博物馆。岱顿城位于美国中西部的中心地带,本是一个小镇,而今已发展成为一座颇具规模的城市了。我敢说,如果不是因为出莱特兄弟的话,不会有人去造访这个无名之地的。哥哥维尔伯-莱特生于1867年,殁于1912年,弟弟奥维尔生于1871年,殁于1948年。他们原是做自行车生意的。他们受“如鸟般飞行”意念的催动,把他们的全部精力和财产,倾注于研究制造一个在可以在空中翱翔的东西。他们甚至为此还造了一个简单的风洞,以实测他们的模型。现在的工业或研究用的风洞,规模大得很,耗资可达数百万美元。不过莱特兄弟的原始小风洞,只是一个用木板做的长筒子,加一台电风扇。你很难相信就这么个原始风洞居然产生了人类史上第一架动力飞机。由此可见,你也可以在你家的后院,自己造一架载人的小飞机呀。(当然除了要有干劲,还得有些机械工程的知识)。上面打开的是一面镜子,观测试验。
 
1902年兄弟俩个明白了以前的失败原因是他们没有正确地计算升力。他们立即转向风洞,让风洞帮助他们解决问题。莱特兄弟是首先在风洞里测量升力阻力的人。那一年他们的滑翔机解决了飞机的基本问题,即升力的产生和绕三个坐标轴的操纵问题。不过,那仍是一个无动力的滑翔机。对他们来说,下一步的挑战是做一架有动力的飞行器,他们需要一台汽油发动机,重量要轻,马力要足。但没有人愿意帮他们造这样一台汽油发动机,他们就只好自己干。他们搞成了一台四缸发动机。其重量与马力之比好于任何当时已有的汽油发动机。它的动力是12马力,重90公斤。拿到现在来说,真够不上一个像样的发动机。没有汽化器,汽油直接注入汽缸。是气冷式的,却连散热片都没有。用提前或错后点火角度的办法来控制发动机的转速。用自行车的链条来做动力传送。它的动力勉强在1903年把那架飞机拉上了十二月份的天空中。
 
 
二、人类的第一次飞行
 
英文中是Wright Brother Flyer,而不是Airplane。中文应该翻成“飞行器”,比飞机更准确一点。1903年12月,莱特兄弟进行了人类有史以来的第一次动力飞行。起飞前,他们先得解决一个问题,两个人谁先上去?在我记忆中,类似的问题,在许多历史的大事上,往往存在,而且没有确切的答案。例如几年前纪念攀登珠穆朗玛峰50周年时,就有这样的一个问题,谁首先登上珠峰的?是新西兰人?还是向导?谁是第一个腾空的?两兄弟决定哥哥维尔伯先上。有人也许以为那是因为维尔伯是哥哥,或者以为维尔伯是整个计划的主导者,或者以为维尔伯一定是驾驶技术高明些。其实都不是,当时他们俩是掷硬币决定的。不管多危险,谁都想第一个上天。
 
1903年12月14日,维尔伯掷硬币获得先上飞机之权,却因为机头拉的太快,没有成功。12月17日,轮到奥维尔了,他爬上了飞机。因为多次的失败,观看的人数越来越少,当天只有5个热心的观众。虽然这次飞行不过飞了12秒钟,距离不到40米。但这终究是第一次有人操纵的重于空气、有动力的飞行器飞成功了,这在历史上是一个伟大的时刻。当天他们又飞了三次,他们习惯了去使用那硕大的前置舵,使他们获得了更长些的飞行距离。最后一次是维尔伯飞的,在空中滞留59秒,飞行距离是260米。莱特兄弟说:“这是世界历史上第一次,机器靠自己的功率把人带上天空,进行了真正的飞行。”从此,人像鸟一样把地心引力甩下,把梦想变成了现实。
 
他们飞行成功之后,有一家报纸评说,“莱特兄弟独自解决了人靠机器的力量飞行的问题,这是无可争辩的事实。”自从瓦特发明了蒸汽机,引起了工业革命。先是汽车,然后就是飞机。 飞机的发展是 20世纪最伟大的奇迹之一,它改变了人类的生活,引导了以后高速飞机的发展,并且登上了月球。现在的目标是火星了。1932年,在小鹰城竖起了莱特兄弟的纪念碑。碑文上说:“竖立此碑以纪念维尔伯-莱特和奥维尔-莱特征服天空。事业的成功靠天才的想象力,大无畏的决心,学习加实践,尊重科学和不折不挠的信心。”
 
 
三、不能不提的飞机专利之争
 
1906年3月23日,莱特兄弟申请了专利。同年5月22日获专利证书。专利证书上条目显示:在飞行中控制飞机的创新机制。编号为821393。为什么有人把莱特兄弟称为“专利恶魔”呢?就在于这个专利把天上飞的flyer都归为莱特兄弟的专利,都要给莱特兄弟付费。而当时已经有很多人在做各式各样的尝试,有些人做的比莱特兄弟更好,其中最有名的是格倫•柯蒂斯 Curtiss。美国人柯蒂斯也是从自行车开始的,然后是摩托车,其中最为显著的成果是单缸发动机。1903年柯蒂斯摩托车的最高时速已经到了103公里。更是在1907年制造出4000cc的V8-40马力的发动机,时速到了219公里。然而当柯蒂斯找到莱特兄弟合作时,却遭到拒绝。1908年7月4日,柯蒂斯的飞机“六月甲虫号June Bug”飞行了2分钟,1.6公里之后安全降落。1911年6月,柯蒂斯成为了美国第一个飞行执照的飞行员。
 
1908年8月,莱特兄弟看到了飞机工业的商机和利润,就把柯蒂斯告上了法庭,认为柯蒂斯侵犯了自己的专利。当时是最著名的专利官司,来回反复。从莱特兄弟的全胜,收取20%的专利费,到最后的1%专利费。由于一次世界大战的爆发,对于飞机的迫切需要,美国政府介入了这场已达数年之久的官司,主持人是当时的海军副部长罗斯福(即二次世界大战的总统)。最后是以任何公司不能用专利以谋求私利而妨碍战争而结束。当然,后来的专利要求必须是一个具体事物,不能泛泛而谈。比如说爱因斯坦不能收取相对论的专利。波音747飞机之父乔•萨特Joe Sutter因为设计发动机悬挂在机翼下方的专利是50美元。1929年,格倫•柯蒂斯 Curtiss和莱特兄弟公司合并,称为Curtiss-Wright Corporation,专利之争从彻底的结束。
 
四、飞行器的起飞滑跑
 
请再仔细看看照片上飞行器的下方,没有轮子。这是常识,没有轮子的任何物体都不可能滑跑。还记得我在我的第二本书中,讲述过2个首飞太平洋的狂人,为了减轻飞机重量,等到飞机起飞之后,在空中爬出驾驶舱,去摘掉起落架,然后在降落时用机腹着地。当然莱特兄弟的飞行器,不可能在空中做动作,因为它持续飞行的时间太短了。那这没有轮子的飞行器是怎样滑跑的呢?
 
从这张西雅图飞行博物馆中的飞行器仿制品的照片上,你可以看到原来地面上还有一副“助跑器”上面装有轮子。在飞机发动之后的滑跑时,飞行器是压在“助跑器”上,由“助跑器”滑跑,直到速度足够大,飞行器自然升空,但“助跑器”并不离地。
 
五、板凳和飞行器
 
最后解答这个问题,板凳在莱特兄弟飞行器中的作用:尽管看过无数次的照片,也不能解释这个板凳的作用。直到公司一个同事讲了他亲临2003年纪念莱特兄弟100周年盛会的亲眼所见,才明白。在此之前,我对这件事是一无所知。尽管平时在别人面前,我还自以为是、好像对飞机无所不知呢。
 
当我的同事亲临2003年百年纪念活动时,主办者要完全重复莱特兄弟当年试飞的情景,这个凳子也是不可缺少的部件之一。为什么呢?仔细再看这第二张照片,当莱特兄弟中的一个人做为飞行员,趴在机身上时,即飞机在准备完毕的状态时,飞行员在左侧,发动机右侧,飞机处于完全平衡状态,但当飞行员没有在飞机上时,飞机则向右侧斜。换句话说,莱特兄弟的飞行器设计时,就想到了其飞行员对平衡的影响,所以发动机并不在飞机的中轴线上,而是在其右侧,为什么不把飞行员的位置和发动机都放在中轴线上呢?显而易见,这样可能会对在发动机前面的飞行员,造成身体伤害。那个凳子,则是当飞行员未登上飞机之前,放在右侧机翼下面,以防止右侧机翼触地的。
 
延申一点这个配重问题。配重在一个全新飞机的设计中是最先要考虑的问题之一。即英文的Center Gravity,重心所在。二次世界大战之后,飞机从原来的后三点的起落架,改为了前三点,好处之一是容易起飞降落。但是对配重的要求更高了。我不认为客舱里几个乘客换换座位就能改变重心所在,但是如果全体乘客都挤在一起,还是有可能的。实际上是改变了重心的话,在空中飞行时可能会影响到气动的分布。在地面时是对于载货时上货的先后次序,可能造成飞机后部倾斜。货机在装货时不小心,而造成的尾部触地的事故比比皆是。
 



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