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飛行者一號
來源:互聯網

飛行者一號(也被稱為小鷹號、萊特飛行器或1903飛行者)是由萊特兄弟制造的,人類歷史上第一架載人、自有動力、可控操作的雙翼飛行器,使得人類飛天夢成真,開啟了航空新紀元,成為二十世紀最重大發明之一。

該架飛機采用單座雙翼設計,機翼略微下垂,前部配有雙升降舵(前翼),后部配有雙向舵。它使用一臺12馬力(9千瓦)的汽油引擎驅動兩個推式螺旋槳。采用了“機翼翹曲”技術,通過操縱機構使一側的機翼產生翹曲和扭轉,于是這次機翼就會升高,機身就會朝機翼較低的另一側轉向。而在機翼翹曲控制側傾的同時,前置升降舵負責俯仰,尾舵控制偏航,這樣的設計使得飛行相對不穩定且難以操縱。但也已經是飛行形態的三軸控制系統的最初形態。

1903年12月17日,奧維爾·萊特在美國北卡羅來納州的基蒂霍克駕駛“飛行者一號”飛機進行試飛。飛機在空中飛行12秒,飛行距離為36.5米,此舉成為人類第一次可操縱的動力飛機的持續飛行。

飛機的研制歷程

達·芬奇

在飛機誕生之前,航空的發展經歷了從幻想到冒險,從理論探索到實踐的漫長過程。古代有許多勇敢的人嘗試利用鳥的翅膀飛上藍天,但這些冒險活動往往落得非死即傷的悲慘命運。人們逐漸認識到,飛行是復雜的,單靠冒險無濟于事。要想實現升空飛行的理想,首先必須研究飛行這門新的科學。藝術家達·芬奇是第一位以科學的態度研究飛行的人。他在設計撲翼機的同時,還設計了直升機和降落傘。到了19世紀,飛機的研制進入一個空前活躍的時期。一方面有關飛機升力、阻力、穩定與操縱的理論初步建立起來,另一方面動力飛機的研制探索取得了可貴的經驗。盡管先驅者們沒有最終研制成功有動力、可持續飛行的飛機,但他們的工作為萊特兄弟打下了堅實基礎。大科學家牛頓有一句名言:“如果我比別人看得遠些,那是因為我站在巨人們的肩上。”這句話同樣適用于最終發明成功第一架飛機的美國萊特兄弟。在萊特兄弟之前,喬治·凱萊奧托·李林塔爾、查紐特、蘭利、漢森、馬克辛、阿代爾等在飛機結構、升力與阻力研究、穩定與操縱、滑翔飛行等方面做了大量工作,取得了一個又一個成果。沒有他們的先驅性工作,就沒有萊特兄弟最終的成功。

萊特兄弟

從1899年開始,萊特兄弟先后研制了三架滑翔機。頭兩架滑翔機滿意地解決了飛機的穩定和操縱問題。但由于完全使用了過去留下的機翼升力和阻力數據,因此這兩架滑翔機的飛行性能不高。于是他們決定自己進行實驗,以獲得盡可能準確的數據,用以指導飛機設計。這些實驗是利用自行車輪加裝實驗件旋轉進行的。爾后他們又自制了風洞進行精確實驗。1901年9月~1902年8月間,他們共進行了幾千次試驗,開展了大量有關機翼升力、阻力、翼型的試驗研究。

萊特兄弟認為,困擾航空先驅們的飛行難題有三點:機翼、發動機,以及如何控制飛機。而且如何解決控制飛機的問題尤為困難和重要。他們通過觀察,發現鳥類是通過改變翅膀后端羽毛角度來控制飛行方向變化的,但如何能達到上述效果兩兄弟卻全然不得要領。直至威爾伯在自行車店里玩包裝紙盒時突發奇想的想出了“翹曲機翼”技術。

翹曲機翼的原理是當一側的機翼翹曲和扭轉的時候,它會得到更多的升力而升高,并讓機身朝機翼較低的一側轉向。通過風箏和滑翔機試驗,他們證實了翹曲機翼的可行性并發現了以往理論中空氣壓力系數的錯誤。

在萊特兄弟的不懈努力下,三軸姿態控制一步步演化成形:用機翼翹曲控制滾轉,前置升降舵控制俯仰,尾部方向舵控制偏航。

利用自己獲得的精確數據,他們制成第三架滑翔機,在試驗時取得了極大成功。利用它共進行了約700次滑翔飛行,并能保持行穩定和安全,即使在每小時36千米的強風下也能平穩飛行。第三架滑翔機的高度成功為他們研制動力飛機提供了直接依據并增強了取得最終成功的信心。

在第三架滑翔機的基礎上,萊特兄弟研制了第一架有動力的飛機----“飛行者一號”,1903年12月17日是人類歷史上意義深遠的日子。上午11時,奧維爾·萊特作第一次試飛。他駕駛“飛行者一號”終于成功地升空飛行。第一次飛行留空時間很短,只有12秒時間,飛了約36.6米,但這是一項的成就:它是人類歷史上第一次有動力、載人、持續、穩定、可操縱的重于空氣飛行器的首次成功飛行。這次飛行具有的歷史意義,為人類征服天空揭開了新的一頁,也標志著飛機時代的來臨。11時20分,威爾伯·萊特又駕駛"飛行者一號"作了第二次飛行,也取得了成功,留空時間約11秒,飛行距離約60米。奧維爾作了第三次飛行,留空時間15秒,飛行距離61米。第四次也是當天最后一次飛行由威爾伯駕駛,取得了成功并達到當天的最好成績:留空時間59秒,飛行距離260米。

1904年1月~5月,萊特兄弟制造了新的飛機,性能有了很大提高。1905年又制造了“飛行者三號”。它在試驗中留空時間多次超過20分鐘,距離超過30千米。10月5日的試飛取得的最好成績是:飛行時間38分鐘飛行距離38.6千米。“飛行者三號”共飛行了50次,全面考察了飛機具有重復起降能力、傾斜飛行能力、轉彎和完全圓周飛行能力、8字飛行能力。能進行這些難度較大的機動飛行和有效操縱表明,這架飛機已具備實用性,因此被看作是第一架實用飛機。

影響

“飛行者 "系列飛機首次實現了可控的比空氣重的飛行,但萊特兄弟為實現這一目標而使用的一些機械技術對整個航空業的發展并無影響,盡管他們在理論上取得了成就。“飛行者 "的設計依賴于由飛行員下方的髖部搖籃控制的機翼擺動,以及用于俯仰控制的前翼或 "鴨翼",這些特征無法按比例放大,而且會導致飛機難以控制。萊特夫婦率先使用 "滾轉控制",通過扭轉機翼來改變翼尖相對于氣流的角度,這使得他們的模仿者(如格倫·寇蒂斯和亨利-法曼)開始使用更實用的副翼。萊特夫婦于 1902 年發現了同時協調滾轉和偏航控制(后舵偏轉)的原始概念,該概念于 1903-1905 年完善,并于 1906 年獲得專利。萊特的專利包括在前升降舵和后方向舵上使用鉸鏈而非翹曲表面。使飛行者獲得成功的其他特點還包括:高效的機翼和螺旋槳,這是萊特夫婦進行嚴格的風洞試驗的結果,并充分利用了他們早期自制發動機的微弱動力;低速飛行(因此事故可以避免);以及漸進的試驗/開發方法。同時也揭示了飛機設計的未來在于剛性機翼、副翼和后控制面。并且還使得1868 年英國的一項副翼技術專利在 20 世紀到來時顯然已被完全遺忘。

萊特兄弟在 1904 年 1 月向新聞界發表了一次聲明,并于 5 月進行了一次失敗的公開演示,之后他們就沒有再宣傳過自己的努力,新聞界認為其他研究飛行問題的航空家(特別是阿爾貝托·杜蒙)比他們早了很多年。1908 年 8 月 8 日,萊特兄弟在法國成功地進行了演示飛行,此后他們被視為先驅者,并得到了媒體的廣泛報道。

1909 年,萊特軍用飛行器在 1909 年 6 月 3 日測試成功后,成為了世界上第一架軍用飛機。1911年,這架飛機被捐贈給史密森學會,并被陳列在美國國家航空和航天博物館的早期飛行展中。萊特兄弟生產了更大量的改進型萊特 B 型飛機,并被軍隊用于 "訓練飛行員和進行空中實驗",包括測試 "投彈瞄準器和投彈裝置"。

萊特兄弟正確地認為專利控制問題至關重要,他們獲得了一項廣泛的美國專利,旨在使他們擁有基本的空氣動力學控制權。美國和歐洲的法院都對此進行了審理。歐洲的設計師們幾乎沒有受到訴訟的影響,而是繼續自己的研發工作。美國的法律之爭對新生的美國飛機工業造成了沉重打擊,甚至到 1917 年美國參加第一次世界大戰時,美國 "只有六架(美國制造的)飛機和 14 名訓練有素的飛行員"。在隨后的幾年里,飛機數量大幅增加,但在戰爭期間,美國人駕駛的所有戰斗機都是在歐洲設計和制造的。

性能數據

后世復制品

1978年,23歲的肯·凱萊特在科羅拉多州建造了一架萊特飛行器的復制品,并在第一次飛行的75周年和80周年紀念日時在基蒂霍克進行了飛行。這個復制品的建造耗時一年,花費3000美元。

2003年12月17日,即100周年紀念日,美國飛行百年委員會與其他組織共同向公司征集再現最初飛行的投標。由肯·海德領導的“萊特體驗”公司贏得了投標,并精心再現了原始萊特飛行器,以及許多原型滑翔機、風箏和后續的萊特飛機。完成的飛行器復制品被帶到基蒂霍克,飛行員凱文·科克斯伯格試圖在2003年12月17日上午10點35分,在基爾魔鬼山腳下附近的平地上再現最初的飛行。盡管飛行器先前已進行了幾次成功的試飛,但惡劣的天氣、雨水和微弱的風阻礙了在紀念日當天的成功飛行。海德的復制品現在展示在密歇根州迪爾伯恩的亨利福特博物館。

美國航空航天學會洛杉磯分會在1979年至1993年間根據史密森尼學會1950年發布的原始萊特飛行器計劃,建造了一架全尺寸的1903年萊特飛行器復制品。這個復制品是為了風洞測試而建造的,以提供萊特飛行器設計的歷史準確的空氣動力學數據庫。該飛行器在加州河濱市的馬奇場空軍博物館展出。美國及全球各地展示的許多靜態展示用的非飛??行復制品,使其成為歷史上“先驅”時代中最多復制的單架飛行器之一,與路易·布萊里奧1909年橫渡英吉利海峽的布萊里奧11號飛機的復制品數量相匹敵,其中一些是可飛行的。

參考資料 >

萊特兄弟:人類飛天夢的開端.中國數字科技館.2024-02-28

一百年前今天 萊特兄弟首架飛機飛上藍天(圖)-新聞中心-北方網.北方網.2023-12-21

CORRESPONDENCE.Flightglobal.2024-09-07

One flight in France frenzied the world.THE VIRGINIAN PILOT.2024-09-07

1909 Wright Military Flyer.NATIONAL AIR AND SPACE MUSEUM.2024-09-07

Wright Modified “B” Flyer.NATIONAL MUSEUM OF THE UNITED STATES AIR FORCE.2024-09-07

About us.WRIGHT FLYER PROJECT.2024-09-07

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