喬治·凱利是十九世紀(jì)的英國(guó)工程師、發(fā)明家和飛行員，被認(rèn)為是人類(lèi)航空史上的重要人物。他是史上首個(gè)真正以科學(xué)方法研究航空的人，也是首個(gè)理解基本飛行原理的人。他提出了利用固定機(jī)翼產(chǎn)生升力，利用不同的翼面控制、推進(jìn)飛機(jī)的設(shè)計(jì)概念，并在1849年建造了第一架滑翔機(jī)進(jìn)行試飛。他還發(fā)明了現(xiàn)代自行車(chē)車(chē)輪所用的。凱萊被譽(yù)為“航空之父”，他識(shí)別了重力、升力、阻力和推力四種作用于飛行器的力，并提出了彎曲翼面的重要性。他設(shè)計(jì)了第一架可靠地載人滑翔機(jī)，并正確預(yù)測(cè)到持續(xù)飛行需要輕量化發(fā)動(dòng)機(jī)提供足夠的推力和升力。萊特兄弟承認(rèn)他對(duì)航空發(fā)展的重要性。凱萊還是英國(guó)第一個(gè)理工學(xué)院——威斯敏斯特大學(xué)（現(xiàn)威斯敏斯特大學(xué)）的創(chuàng)始人之一，并擔(dān)任多年主席。他還是英國(guó)科學(xué)促進(jìn)會(huì)的創(chuàng)始成員之一，是數(shù)學(xué)家亞瑟·凱萊的遠(yuǎn)房親戚。
譽(yù)稱由來(lái)
奧維爾·萊特曾說(shuō)：“我們的成功完全要感謝那位英國(guó)紳士喬治·凱利，他寫(xiě)的有關(guān)航空的原理，他出版的著作，可以說(shuō)毫無(wú)錯(cuò)誤，實(shí)在是科學(xué)上最偉大的文獻(xiàn)。”西方一些研究空氣動(dòng)力學(xué)的專家稱喬治·凱利為空氣動(dòng)力學(xué)之父。
教育背景
喬治·凱利，1773年12月27日出生于英國(guó)一個(gè)有地產(chǎn)的紳士家庭，凱利早期受過(guò)很好的教育。父母為了滿足他的求知欲望，聘請(qǐng)英國(guó)當(dāng)時(shí)著名數(shù)學(xué)家喬治·瓦克作他的家庭教師。沃克在教學(xué)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)凱利聰明過(guò)人，勤奮好學(xué)，有意識(shí)地向他灌輸自然科學(xué)領(lǐng)域各學(xué)科的知識(shí)，為他以后在航空科學(xué)上做出開(kāi)創(chuàng)性貢獻(xiàn)和在自然科學(xué)諸多領(lǐng)域均有建樹(shù)打下良好的基礎(chǔ)。
構(gòu)思的由來(lái)
凱利10歲那年，親眼看見(jiàn)法國(guó)第一次載人氣球飛行。那雀躍歡騰的熱烈場(chǎng)面、驚心動(dòng)魄的緊張時(shí)刻以及凱旋的天之驕子，都使他激動(dòng)不已。這一切在他那幼小的心靈中播下了飛天的種子。他想，輕于空氣的氣球能升天，那比空氣重的鳥(niǎo)兒為什么會(huì)在天上翱翔呢？于是，他開(kāi)始構(gòu)思重于空氣的航空器。
試驗(yàn)經(jīng)歷
1792年，他開(kāi)始用一種玩具作一連串的試驗(yàn)，這就是從中國(guó)傳到歐洲的“竹蜻蜓”。
1796年，凱利在科學(xué)計(jì)算的基礎(chǔ)上制作出第一個(gè)飛行器——相對(duì)旋轉(zhuǎn)的模型直升機(jī)。
1799年，年僅26歲的凱利設(shè)計(jì)出幾乎已具備現(xiàn)代飛機(jī)主要部件的飛行器草圖。喬治·凱利把這個(gè)草圖刻在一個(gè)小銀盤(pán)上。小銀盤(pán)的一面刻著機(jī)翼上各種作用力的說(shuō)明，另—面刻著飛機(jī)草圖，這個(gè)銀盤(pán)現(xiàn)藏于英國(guó)科學(xué)博物館。但困擾凱利多年的問(wèn)題就是沒(méi)有合適的動(dòng)力，當(dāng)時(shí)的蒸汽機(jī)又大又笨重，根本不可能將凱利的飛機(jī)送上天空，所以凱利這個(gè)方案仍舊以撲翼作為動(dòng)力和產(chǎn)生升力的方式。但凱利的可貴之處在于他不滿足對(duì)現(xiàn)有知識(shí)的掌握，而是通過(guò)不斷試驗(yàn)來(lái)豐富自己的理論水平。
1804年凱利研究鳥(niǎo)的推動(dòng)力，在旋轉(zhuǎn)臂上試驗(yàn)了一架滑翔機(jī)模型。不久，他把帶翼的拋射體發(fā)射到海上。幾乎與此同時(shí)他還設(shè)計(jì)了一架復(fù)合式飛機(jī)，輪車(chē)上裝有固定翼，在翼尖上有撲翼。
1807年，凱利研究熱氣發(fā)動(dòng)機(jī)和另外一種采用發(fā)射藥的發(fā)動(dòng)機(jī)。1808年，凱利研制了“旋翼”和“槳輪”飛機(jī)，并于同年設(shè)計(jì)了一架撲翼機(jī)。
1809年，凱利開(kāi)始研究魚(yú)與我們今天所說(shuō)的流線型的關(guān)系，成功地制造出航空史上第一架全尺寸滑翔機(jī)并進(jìn)行試飛。
發(fā)表論文
1809年至1810年，他的論文《論空中航行》分三次發(fā)表于英國(guó)《自然哲學(xué)、化學(xué)和技藝》雜志。在該論文中，他提出了十分重要的科學(xué)論斷：1.為作用在重于空氣的飛行器上的四種力——升力、重力、推力和阻力下定義；2.確定升力的機(jī)理是與推力機(jī)理分開(kāi)的。至此，凱利已認(rèn)識(shí)到鳥(niǎo)類(lèi)翅膀不僅具有推進(jìn)功能，也具備了產(chǎn)生升力的功能。人類(lèi)飛行器如果用不同裝置分別實(shí)現(xiàn)上述功能，將會(huì)比單純模仿鳥(niǎo)類(lèi)的飛行動(dòng)作進(jìn)行飛行容易得多。這一重要發(fā)現(xiàn)奠定了固定機(jī)翼形式的飛機(jī)的基本構(gòu)思和理論基礎(chǔ)。他在論文中一再?gòu)?qiáng)調(diào)，制造固定翼飛機(jī)的重要性，詳盡地勾勒出現(xiàn)代飛機(jī)的輪廓，對(duì)空氣動(dòng)力學(xué)理論的產(chǎn)生和形成做出了重要貢獻(xiàn)。他描繪出固定翼、機(jī)尾、機(jī)身以及升降舵等操縱面，解釋了機(jī)翼的作用，并指出適當(dāng)?shù)陌捕ㄐ砸獜木脑O(shè)計(jì)翼面使其有一點(diǎn)點(diǎn)角度獲得；接著他又提到飛行器必須迎風(fēng)而起，必須有垂直的和水平的舵面。凱利的論文還闡述了速度對(duì)升力的關(guān)系，機(jī)翼負(fù)荷、張力、重力的減輕，甚至內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的原理以及流線型對(duì)飛行器設(shè)計(jì)的重要性等等。
在他的學(xué)說(shuō)中，有一段闡述飛行器基本原理的論述，在今天看來(lái)依然十分精辟和準(zhǔn)確，即：“機(jī)械飛行的全部問(wèn)題是向一塊平板提供動(dòng)力，使它在空氣流中產(chǎn)生升力，并支持一定的質(zhì)量。”他的《論空中航行》的論文被后人視作是航空學(xué)說(shuō)的起跑線。
航空器的背景
在凱利那個(gè)時(shí)代，許多人認(rèn)為，升空飛行無(wú)異于癡人說(shuō)夢(mèng)，“假如雅威要人飛，他創(chuàng)造人的時(shí)候就會(huì)給人一對(duì)翅膀了！”有些人甚至引述古人的這句“至理名言”嘲諷凱利這樣的“瘋子”。凱利矢志不渝，他深信，只要能找到合適的發(fā)動(dòng)機(jī)，他的飛行器一定可以高飛。他痛心地寫(xiě)道：“我的發(fā)明無(wú)法試驗(yàn)而達(dá)到目的的惟一原因，是如何產(chǎn)生一種推進(jìn)的動(dòng)力。”
晚年貢獻(xiàn)
直到1848年凱利75歲高齡，輕質(zhì)量的合適的發(fā)動(dòng)機(jī)仍杳無(wú)音信，他感到時(shí)日無(wú)多，惟一可試一試的只有無(wú)動(dòng)力載人飛行，也就是用滑翔機(jī)飛行，來(lái)證實(shí)他的空氣動(dòng)力學(xué)理論。于是在1849年，他造了一架三翼滑翔機(jī)，讓一名10歲的小孩坐在一只吊籃里，從小山上滑下來(lái)，一些人用繩子拉著滑翔機(jī)，飛機(jī)竟迎著微風(fēng)飄飛了一段距離。這是人類(lèi)歷史上第一次載人滑翔機(jī)系留牽引飛行。
1853年，凱利又造了一架滑翔機(jī)，并裝上了靈巧的剎車(chē)杠桿，進(jìn)行歷史上第一次有人乘坐的重于空氣的航空器升空自由飛行。這次他把家中的馬車(chē)夫放在駕駛室里，究竟飛了多遠(yuǎn)，沒(méi)有明確的記錄。有趣的是，馬車(chē)夫從飛機(jī)上下來(lái)后，竟辭職不干了。他說(shuō)：?jiǎn)讨尉羰浚蚁胝?qǐng)你注意，我是你雇來(lái)趕車(chē)的，不是來(lái)飛行的。當(dāng)年，他寫(xiě)了一篇描述無(wú)人駕駛滑翔機(jī)飛行的文章，送到法國(guó)航空學(xué)會(huì)，題目是《改良型1853年有舵滑翔機(jī)》。1971年，一位英國(guó)飛行員史潑勞中校，完全依照凱利遺留下來(lái)的筆記，造了一架與當(dāng)年完全一樣的滑翔機(jī)，飛得十分成功，證明了118年前凱利的設(shè)計(jì)是如何的成功。
1858年，凱利84歲，臨終前仍在工作間內(nèi)敲敲打打，希冀制成一臺(tái)輕質(zhì)量的發(fā)動(dòng)機(jī)，然而終無(wú)所成。凱利的研究工作，特別是他的論文《論空中航行》，在航空發(fā)展史上占有重要的地位，100多年來(lái)，一直被翻印轉(zhuǎn)載，被后人視為航空學(xué)說(shuō)的經(jīng)典。飛機(jī)發(fā)明人之一的奧維爾·萊特1912年曾說(shuō)，他們的成功完全要感謝這位英國(guó)紳士在100年前寫(xiě)下的重于空氣的飛行器的理論。他說(shuō)，“喬治·凱利爵士所知道的有關(guān)航空原理可以說(shuō)前無(wú)古人、后無(wú)來(lái)者，直到19世紀(jì)末葉，他所出版的作品毫無(wú)錯(cuò)誤，實(shí)在是科學(xué)史上最偉大的文獻(xiàn)。”威爾伯·萊特也說(shuō)，“我們?cè)O(shè)計(jì)飛機(jī)的時(shí)候，完全是采用凱利爵士提出的非常精確的計(jì)算方法進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算的”。
凱利不但對(duì)航空有興趣，他還為大不列顛島設(shè)計(jì)了海軍大炮炮彈，在拿破侖戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)期得到應(yīng)用。1807年，他發(fā)明并獲專利的熱力發(fā)動(dòng)機(jī)，為工業(yè)界所廣泛運(yùn)用。1825年，凱利又設(shè)計(jì)了一種裝輻條的車(chē)輪用于滑翔機(jī)上，這一發(fā)明至今仍為自行車(chē)所采用。此外，他還發(fā)明過(guò)自動(dòng)鐵道剎車(chē)裝置，且在聲學(xué)、光學(xué)、電學(xué)以及下水道工程等方面，有不少有價(jià)值的貢獻(xiàn)。
1857年12月15日，凱利在約克郡布魯姆頓去世。臨終前不久，他曾寫(xiě)下這樣兩句話：“給你，查看筆記的朋友！我已去了，愿你在這些涂鴉中尋找出智慧的火種。”
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