11月17日 《航空史中的十個瞬間》 週日新
央視國際 2003年11月20日 11:02
主講人簡介
週日新,曾任航空工業部政策法規司副司長,《航空雜誌》總編輯,現任中國航空工業第二集團科技委委員。
內容簡介
1.萊特兄弟飛機上天:首次升空時間只有12秒,飛行距離不過36.58米,他們卻開創了人類航空的新紀元。
2.第一架全金屬客機首飛:德國著名飛機設計師容克斯敏銳地看到金屬材料的使用前景,認為製造飛機最適宜的材料不是木材而是金屬。容克斯就成為第一個“吃螃蟹”的人。
3.林白單人飛越大西洋:1927年5月,世界航空史上發生了一件盛事,美國飛行員林白單人成功地從紐約飛抵巴黎,成為一時轟動世界的新聞。
4.第一架實用直升機首飛:世界公認的第一架實用直升機是由西科爾斯基完成的。1939年9月14日,這位被稱為現代直升機之父的著名直升機、飛機設計師駕駛自己設計的VS300直升機進行了首飛。
5.第一架噴氣式飛機首飛:1939年8月27日,德國飛機設計師亨克爾設計的He178單翼機升空,飛行速度達到每小時700千米。
6.耶格爾突破音障:1947年10月14日清晨,美國飛行員駕駛X1火箭研究機進行動力飛行。最終他突破了音障。
7.噴氣客機首航倫敦至羅馬:36座的噴氣客機第一次在雲層上面飛行,使旅客可以更加心曠神怡地鳥瞰白雲下的美麗大地。世界上第一種民用噴氣客機“慧星”號客機正式投入航線首航。
8.阿普特突破熱障:1956年9月27日,美國空軍飛行員阿普特上尉駕駛貝爾X2火箭研究機,飛行速度達到馬赫數3.2,阿普特在這次創紀錄的飛行中獻出了自己寶貴的生命。
9.超音速客機首飛:20世紀60年代末期,有兩個日子曾被載入世界航空史的史冊:即1968年12月31日和1969年3月2日,超音速客機圖144和“協和”號分別進行了首飛並取得成功。
10.世界最大寬體客機首航:波音747飛機竟然是波音公司競爭落選的産物。1964年,美國空軍招標結果是波音失敗,波音從失敗中奮起,發展大型寬體客機,最終獲得了成功。
《航空史中的十個瞬間》 (全文)
2003年是世界第一架飛行誕生100週年,飛機的發展成為20世紀最偉大的傳奇之一,它極大地改變了人類的生活。回顧百年航空發展的不平凡歷程,我們選取了10個瞬間,從簡要的回顧中,人們也許可以從中得到某些啟示。
1.萊特兄弟飛機上天(1903.12.17)
首次升空時間只有12秒,飛行距離不過36.58米,他們卻開創了人類航空的新紀元。
萊特兄弟發明的“飛行者”1號飛機在1903年夏就製造完成了。這是一架雙翼機,是蒙布與張線結構;又是一架鴨式飛機,因為升降舵在飛機前面。它裝一台12馬力的發動機,帶動兩個螺旋槳。飛機沒有起落架,只有滑撬依靠滑行起飛;沒有飛行員座椅,飛行員只能趴在飛機上操縱飛機;沒有副翼,依靠操縱機翼扭曲使飛機偏轉。12月14日,他們決定正式首飛,兄弟倆由擲硬幣決定由哥哥威爾伯 萊特先飛,可惜他運氣欠佳,在飛機起飛時,把機頭拉高了,造成飛機失速,旋即栽下來,這次試飛失敗了。
1903年12月17日,星期四,進行第二次試飛。這次輪到奧維爾 萊特先飛了。
當時天氣寒冷,試飛的場面也頗冷清。試飛場地是北卡羅來那州基蒂 霍克以南6千米處基爾德夫爾沙丘附近的海灘上。在場觀看試飛的只有5個人,其中包括約翰 T 丹尼爾斯和小男孩湯姆 懷特。儘管前一天萊特兄弟曾貼出告示:“明天上午在沙丘上空進行世界上第一次載人飛機試飛,歡迎參觀。”但幾乎無人相信他們會取得成功,因此來者寥寥。
據目擊者回憶,10時30分,奧維爾俯到飛機上進行駕駛,因為“飛行者”1號沒有起落架,它是用帶輪子的小車在滑軌上滑跑以起飛的,威爾伯扶著機翼以使飛機在滑跑時平衡,飛機向前滑行,威爾伯還跟著跑了一段,飛機迎風起飛了,在空中飛行還不平穩,有點顛簸,最後滑下來著陸了。經測算:飛機留空時間12秒,飛行距離36.68米。飛行成功了!
當天的試飛共進行了4次,最好成績是哥哥威爾伯創造的:留空時間59秒,飛行距離260米。
人類首次升空時間只有12秒,這是何其短暫的飛行瞬間!對於乘飛機旅行已成尋常事的今天,人們幾乎難以理解這12秒的意義。1997年4月波音777-200型飛機環球飛行時單程不經停飛行時間為21小時23分,是萊特兄弟飛行瞬間的6000多倍,飛行距離則是5萬多倍!但是萊特兄弟飛行瞬間的意義卻非同尋常,因為它宣告了飛機的誕生和航空時代的發韌。
有張照片恰好記錄下了這一珍貴的飛行瞬間。它是由丹尼爾斯在10時35分拍攝的。從照片上看,“飛行者”1號離地約一米高,右邊一位穿夾克戴帽子的人背向鏡頭,他是威爾伯 萊特,而趴在飛行員座位的人則是奧維爾 萊特,這張照片後來被世界各地廣泛轉載。
萊特兄弟為什麼會取得成功?航空史學家在研究中發現,既不在於他們的學識,也不在於他們比別人高明多少,而主要有三個因素。
一是他們繼承了前人的成果,也吸取了前人失敗的教訓。他們幾乎研讀了航空先驅們所有航空方面的著作,充實自己的理論知識,同時進行了大量的科學試驗。
為了準備這次試飛,他們在前三年,先後製造了3架滑翔機,進行了逾千次的滑翔飛行,逐步體會、掌握操縱飛機的方法。他們特別推崇德國航空先驅、被譽為“世界滑翔機之父”的李林達爾,從他的關於飛行的著作中學習航空知識,為此他們甚至攻讀了德文,這對於只受過4年中學教育的萊特兄弟來説無疑是很困難的。
二是萊特兄弟在研製飛機上遵循了科學規律,注意理論與實踐的結合。他們在航空理論上也許比較弱,這一點可以通過學習來加以彌補,但他們有豐富的機械設計經驗,有很強的動手能力,他們把理論、設計、製造、試驗、試飛結合起來,兄弟倆集設計師、工程師與飛行員于一身,這是很大的優勢所在。
三是萊特兄弟具有勇於探索、百折不撓和不怕犧牲的科學精神。飛機試飛風險很大,甚至要付出生命的代價,如德國人李林達爾和英國人皮爾徹就是在試飛中喪生的,但萊特兄弟卻爭先恐後駕駛飛機進行首次飛行,以至於要通過擲硬幣來決定誰先飛。萊特兄弟説:“要得驅禦烈馬的最好辦法,絕不是在旁邊指指點點所能完成的,最重要的是自己騎上烈馬駕駛它”。正是由於這種精神,萊特兄弟終於駕馭成功“飛行者”1號這匹“烈馬”,創造了劃時代的飛行瞬間。
2.第一架全金屬客機首飛(1919.6.25)
航空技術的發展,促進了飛機速度的提高,帶動了航空材料的發展。在20世紀20年代以前,飛機採用木質結構是當時的主流。然而隨著飛機速度、飛機機動性以及飛機載重的提高,木質結構已經不能滿足這些要求,必然要向全金屬結構的飛機過渡。由於飛機飛行的特殊要求,這種金屬結構要輕,強度要大,於是鋁合金應運而生。
鋁合金的發現也是挺偶然的。1906年,法國工程師維爾姆在一次實驗中,發現含有一定成份其他金屬的鋁合金其硬度和強度均有所增加,這就是第一種鋁合金,後來由杜拉金屬公司製造成功,故稱為杜拉鋁。
杜拉鋁是鋁銅鎂錳等合金,屬於可熱處理強化鋁合金,具有較高的力學性能,適於製造飛機的構件,如蒙皮、壁板、桁條、翼助等。鋁合金的出現引起了飛機結構材料的革命,木質結構讓位於鋁合金的結構。德國著名飛機設計師容克斯敏銳地看到金屬材料的使用前景,認為製造飛機最適宜的材料不是木材而是金屬。但當時木質飛機一統天下,無人敢用金屬造飛機。容克斯就成為第一個“吃螃蟹”的人,1915年12月12日,他設計的世界第一架無支柱懸臂式全金屬單座飛機J1首次試飛,該機裝一台120馬力的發動機,但是沒有投入生産。第一次世界大戰後,他從事民用運輸機的研製,採用杜拉鋁製成了世界第一架全金屬的飛機F13旅客機,于1919年6月25日首飛成功,該機可載客4人,駕駛員兩人,巡航速度每小時140千米,可飛行5個小時。該機共生産322架,廣泛使用到30年代初,1932年,容克斯在F13飛機的基礎上又推出了大型三發旅客機Ju52,該機共生産4000架,在世界各國廣泛使用。
容克斯宣告了飛機從木質結構跨進了全金屬時代。
3.林白單人飛越大西洋(1927.5.20-21)
林白在越洋飛行中,要克服惡劣的氣象、低能見度和來自心理上的孤獨與恐懼。1927年5月,世界航空史上發生了一件盛事,美國飛行員林白單人成功地從紐約飛抵巴黎,成為一時轟動世界的新聞,林白也立即成為家喻戶曉的飛行英雄。林白1902年生於底特律,20歲那年,他進了飛行學校,第一次駕駛飛機上天。1926年,林白成為郵政飛行員。郵政飛行也是頗具風險的事業。就美國而言,早年從事郵政飛行的40名飛行員竟有31名死於飛行事故。正是在郵政飛行生活中,林白萌生了單人飛越大西洋的念頭。為了實施他的計劃,首先是找好贊助商,幫助他解決買下一架飛機的費用,其次是選擇好飛機型號並進行必要的改裝。這兩件事很快得到了落實。8名聖路易斯商人願意贊助費用購買飛機,條件是飛機要命名為“聖路易斯精神”號。飛行型號選為瑞安公司生産的M—Z型郵政飛機,裝一台225馬力的萊特發動機。林白還要最大限度地減輕起飛重量。為此,他拆除了很多必要的設備,大有孤注一擲的架式。例如拆除了發報機、夜航設備、食品櫃甚至降落傘。而他所帶維繫生命的全部食品是:5個三明治和3瓶水。
改裝完成的“聖路易斯精神”號是一架上單翼飛機,總重量為2 381千克。最大平飛速度每小時200千米,航程7 483千米,大大超出紐約到巴黎的距離5 760千米。這架飛機的載油量達到1 705升。
當林白于1927年5月12日駕駛“聖路易斯精神”號抵達紐約時,還有兩組飛行員在這裡等待起飛,即大名鼎鼎,曾成功飛越北極和南極的伯德機組和克拉倫斯 餞伯林機組。不僅如此,還有壞消息,在這之前,已有4架飛機在試飛和飛越大西洋中墜毀,好幾位飛行員喪生。但這絲毫沒有動搖林白飛行的決心。
5月20日7時54分,在紐約長島的羅斯福機場上,林白駕駛“聖路易斯精神”號起飛,人們看到,這架滿載燃油的飛機差一點未能越過跑道盡頭的電話線,但是飛機升空了,伴隨著發動機轟鳴徑直向北方飛去。
林白的路線是,北飛至加拿大紐芬蘭,然後徑直向東,橫穿大西洋,28小時後到達愛爾蘭海岸上空,偏航僅5千米,其餘的飛行則較為順利,包括越過康沃爾山,直飛巴黎,
飛行中林白困得眼皮直打架。他深知:在他年輕的生命中,這是最長最難熬的一個夜晚,一個人駕機飛行,瞌睡比壞天氣更可怕。為了保持清醒,他使出了渾身解數:抽打自己的嘴巴;把一隻手伸到座艙外,讓冷氣把氣凍僵;雙腳在座艙裏不停地踏動,直至酸痛得抬不起來……
5月21日晚10時許,在巴黎的夜幕下,林白駕機降落于布爾歇機場。林白沒有想到:機場上竟有10萬人在狂熱地歡迎他。
林白此次單人不著陸飛越大西洋,“孤膽英雄”林白,是20世紀二三十年代一批勇敢的飛行員中的佼佼者,他飛越大洋、征服極地、環球飛行乃至挑戰極限,推進了航空事業的發展,也喚起了公眾對航空的極大熱忱。
4.第一架實用直升機首飛(1936.6.26)
世界上公認的載人直升機FW61是德國直升機設計師H 福克于1936年發明的。1936年6月26日進行了成功的試飛。1937年,FW61創造了直升機飛行速度(每小時120千米)、升限(3416米)、留空時間(1小時20分)3項世界紀錄。令人驚嘆的是,德國著名女飛行員漢納 賴奇曾駕駛FW61直升機在柏林的德國大廳裏試飛,表演了懸停、360 轉彎、前飛、後飛和側飛等動作。世界公認的第一架實用直升機是由西科爾斯基完成的。1939年9月14日,這位被稱為現代直升機之父的著名直升機、飛機設計師駕駛自己設計的VS300直升機進行了首飛。為了首飛他嘔心瀝血設計出來的得意之作,他身著筆挺的西裝,頭戴氈帽,穩坐在駕駛艙裏啟動了發動機,直升機緩緩升起,離地面只有二三米,懸停也不過10秒,但是VS300成功了!
西科爾斯基在設計中解決了直升機一項重大難題——飛行中打轉兒的問題。
直升機打轉兒是由旋翼産生的,旋翼旋轉時除能産生升力以克服直升機的重力使直升機升起外,還能産生向前的水平分力使直升機前行;同時還産生了旋轉的反作用力矩使直升機打轉兒,為解決打轉兒的問題西科爾斯基巧妙地設置了在垂直面旋轉的尾槳,平衡了旋翼産生的反作用力矩。VS300裝有一台4氣缸氣冷式發動機。功率為75馬力。旋翼有3片槳葉,直徑8.5米,機身為鋼管焊接結構。經反復試飛,證明該機具有良好的操縱性能。1940年,美國陸軍決定大量訂購VS300直升機的改進型VS316,直升機進入軍隊服役。1940年5月6日,51歲的西科爾斯基駕駛VS300直升機創造了續航時間1小時32分26秒的世界紀錄。直升機的原理很古老。我們古代小孩玩的竹蜻蜓就是直升機的雛型。竹蜻蜓是用竹和木頭削成細長扭曲形薄片,在中間裝上立軸,用雙手一搓便會飛快旋翼而上升。但竹蜻蜓究竟始於何時,卻無文獻可考。據説漢代就有了輪式風扇。中外學者推算,竹蜻蜓最晚也不會晚于明代,因為18世紀,竹蜻蜓就由中國傳到了歐洲,法國還舉辦過竹蜻蜓的飛行表演。竹蜻蜓對航空科學的發展産生過影響。英國航空先驅凱利曾對竹蜻蜓有過深入研究,他自製的竹蜻蜓能飛30米高,他還畫出了有4個旋翼的直升機草圖。
世界上第一個畫出直升機草圖的是意大利藝術大師達 芬奇。這位曠世奇才不但在藝術上取得輝煌的成就,在航空科學上也單有建樹,他還是世界第一架撲翼機的設計者。
達 芬奇于1483年畫出了直升機草圖,直升機的升力由旋轉著的螺旋槳産生。
從竹蜻蜓到現代直升機這一發展歷程表明,古老的兒童玩具孕育、誕生了現代形式多樣的直升機。
5.第一架噴氣式飛機首飛(1939.8.27)
亨克爾對26歲的歐海因説:從今天起,你被雇用了。我給你5萬馬克,你要在6個月內搞出一台噴氣發動機來 。1939年8月27日,德國飛機設計師亨克爾設計的He178單翼機裝有歐海因設計的世界首臺渦輪噴氣發動機HeS3B,在德國著名飛行員瓦西茨的駕駛下升空,這架He178採用硬殼式鋁機身,木質機翼,飛行速度達到每小時700千米。
從世界上第一架飛機誕生之日起,提高飛行速度、飛行高度和載重量就一直是人們研製新飛機所追逐的目標,但是到了20世紀30年代,飛機的速度一直徘徊在每小時700千米左右,這差不多裝有活塞式發動機和螺旋槳的飛機的極限,用蘇聯著名飛機設計師雅科夫列夫的話説,已經到了“山窮水盡”的地步了。
噴氣時代的來臨,使飛機的發展“柳暗花明”。
噴氣時代的標誌,便是渦輪噴氣式發動機作為新型動力裝置的誕生。
渦輪噴氣發動機的原理是:空氣從飛機進氣道進入發動機,先經壓氣機壓縮後進入燃燒室與燃料混合燃燒;膨脹的燃氣進入渦輪並推動其旋轉,使與渦輪同軸的壓氣機正常工作;從渦輪流出的燃氣經尾噴管膨脹後向後高速噴出,從而産生巨大的反作用力推動飛機前進。
湊巧的是,如此重大的航空發動機推進的變革,竟是德國人歐海因和英國人惠特爾在互不通信息的情況下,各自獨立並幾乎在同一時期完成的。這一點,恰恰證明了新技術出現的必然性。
歐海因生於1911年,當他一次坐飛機時,活塞式飛機震動很大,噪音很響,他感到與飛機優美的氣動外形極不相稱,便考慮發明一種噴氣發動機。1934年,歐海因開始進行初步工程設計,並把方案呈送給自己的指導教師波爾教授審閱。波爾教授慧眼識珠,認為這很有前途,儘管噴氣發動機還不為人所知,而且與學校的科研項目沒有關係,波爾仍願意盡最大力量支持歐海因,允許他使用學校的設備進行試驗。
1936年4月,德國著名飛機設計師亨克爾與歐海因簽訂研製合同,歐海因立即試製噴氣發動機。于1937年9月,他研製第一台噴氣發動機運轉了。兩年之後,裝有歐海因噴氣發動機的飛機上了天。
惠特爾1907年生於英國的考文垂。少年時代就對航空産生濃厚的興趣。1928年,在空軍學院學習的惠特爾在其畢業論文《飛機設計的未來發展》中就第一次提出了噴氣發動機的原理,這是一個非凡的大膽的科學預見。儘管他此時還不過是21歲的學生。1930年,惠特爾申請了專利。幾年中,惠特爾研製噴氣發動機的想法無人理睬,幾乎他自己也認為走投無路之時,新的機遇終於向惠特爾招手。1935年,在一位校友的幫助下,一家財團決定資助新成立的動力噴氣有限公司試製惠特爾的噴氣發動機,並取名為WU,即惠特爾樣機。1937年4月12日,他研製的單轉子渦輪噴氣發動機首次運轉成功。1939年,政府介入了,決定出資研製噴氣發動機。惠特爾的新型噴氣發動機W1B裝于格羅斯特公司E.28/39戰鬥機上。
1941年5月14日,試飛員賽耶駕駛E.28/39升空,飛行17分鐘。英國噴氣式飛機雖然問世了,卻晚于德國兩年上天。對比德英兩國、歐海因和惠特爾發明噴氣式發動機的歷程,可以引起人們深深的思索。如果不是英國上層保守思想當道、技術權威作怪,惠特爾的發明不至於在12年後才得到政府的資助,那麼,英國航空技術發展史可能會改寫,惠特爾的噴氣式發動機也許早若干年,至少是在德國之前研製成功,噴氣時代會早些降臨,人類會早些受益。
而比惠特爾小4歲的歐海因,晚于惠特爾6年才提出噴氣式發動機的方案,但是他遇到兩位重要的伯樂:一是哥廷根大學的波爾教授,不但賞識歐海因,而且給予大力支持;二是亨克樂飛機公司的老闆、飛機設計師亨克爾。1936年3月這位老闆與26歲的歐海因談了一次話,便拍板決定説:“從今天起,你被雇用了。我給你5萬馬克,你要在6個月內搞出一台噴氣發動機來!”
當人們讚揚歐海因為噴氣式發動機所做出的重要貢獻時,他卻説:“我很幸運,如果不是亨克爾,我可能什麼也不是。”對於科學發明家而言,“伯樂”何其重要!
二戰結束後,噴氣式發動機的發展異常迅速,帶動航空技術發生了質的飛躍,使飛機速度、高度及載重量直線上升,不僅軍用飛機面貌一新,在民用飛機領域,由於噴氣式客機的出現,使現代民航運輸業出現了重大轉折,人們驚呼:噴氣時代真的到來了。
6.耶格爾突破音障(1947.10.14)
他説,冒險是人生一大樂趣,它是每一個試飛員都夢寐以求的。1947年10月14日清晨,22歲的妙齡女郎格倫尼絲駕車送她24歲的丈夫、美國飛行員耶格爾上尉到加利福尼亞州繆羅克空軍基地,耶格爾將駕駛被他命名為“迷人的格倫尼絲”的X1火箭研究機進行第9次動力飛行。上午8時,母機B29攜帶X1飛機起飛。計劃要求X1飛行速度達到馬赫數0.97(即音速的0.97倍)但耶格爾想的卻是如何突破音障。因為畢竟他已飛過8次X1了,對飛機的裏裏外外都瞭如指掌;更重要是,突破音障對他有著巨大的誘惑力和吸引力,因為飛機發明以來44年間,人類還未能突破這一重大障礙,在英國,已有人為突破音障失去了生命。
音速,即聲音在空氣中傳播的速度,在海平面約為每小時1 227.6千米。
為什麼人們又把音速稱為音障呢?這是因為,飛機速度接近音速時,空氣阻力會急劇增大,這種阻力是實現超音速飛行的重大障礙。
這時,B29母機攜帶X1飛機升至6 000米高空,即投下X1飛機,耶格爾駕駛X1飛機飛行,按程序點著了4個燃燒室,飛機馬赫數達到0.88,飛機開始顫振,耶格爾隨即關掉2個燃燒室,後來飛到2 800米高空時,耶格爾使飛機平飛,又打開第3個燃燒室,飛機又加速,馬赫數表的指針已超過了1,但表的刻度只到1為止。這時空中傳來了像打雷一樣的巨響,這就是音爆!
這是人類有史第一次聽到音爆的巨大聲音。音爆是在超音速飛行産生的強壓力波,傳到地面上形成如同雷鳴的爆炸聲。常常會使居民受驚,甚至震壞房屋的玻璃。因此,在城市上空,低於1萬米高度常禁止作超音速飛行。
格倫尼絲在基地目睹了丈夫的這次飛行,她所能看到的只是飛機在空中劃過的尾跡,但她沒有聽到音爆,因為那發生在65千米之外的高空。她也不知道這次飛行會有什麼特別的事情發生。當耶格爾乘著消防車來到自己的車前對她説:“我太累了,我們回家吧”。格倫尼絲正要起動汽車,幾個人跑了過來,大喊大叫,這時耶格爾和格倫尼絲才知道:今天突破了音障。耶格爾駕機的馬赫數達到1.07,即每小時1120千米。
耶格爾1923年出生,是美國著名試飛員、飛行員。二戰中,他曾擊落德國飛機11架。這次他因突破音障而載入史冊:他獲得了杜魯門總統頒發的美國科技成就最高獎——科利爾獎,獲得了國際航空聯合會頒發的純金獎章。
X1飛機是以火箭發動機為動力的飛機,它的翼型很薄,沒有後掠角。由於火箭發動機燃料有限,工作時間短,因而不能自己從跑道上起飛,必須借助於母機B29飛機攜帶到空中投放。
人類在突破音障的探索中,也付出過沉重的代價。
英國在向音障進軍的道路很坎坷。1946年9月27日,德 哈維蘭公司首席試飛員小傑弗裏 德 哈維蘭駕駛D.H.108型研究機飛行時,從高空向下俯衝,希望在短時間裏超過音速,飛機達到0.94馬赫時,不幸飛機空中解體,小傑弗裏,這位德 哈維蘭公司總裁傑弗裏 德 哈維蘭爵士的長子不幸遇難。德 哈維蘭雖然有巨大的喪子之痛,但卻絲毫未動搖突破音障的決心,1948年9月6日,哈維蘭公司另一試飛員德里駕駛經過改進的D.H.108型飛機在向下俯衝的瞬間馬赫數達到1.04。世界上第一種投入使用的超音速飛機分別是蘇美于1953年研製成功的。其型號分別是米格19和F100。米格19飛機是米高揚設計局于1951年開始研製,1953年9月底在試飛中達到音速的1.4倍,該機于1955年裝備部隊。米格19飛機中國也曾仿製,型號為殲6。F100是美國于1949年2月開始研製,1953年5月首飛的噴氣式戰鬥機,1954年裝備部隊,是美國在越南戰爭中使用的主力機型之一。
回顧人類突破音障的過程,耶格爾的一段話特別發人深省。他説,真正的音障不在天空,而在於我們對超音速飛行的認識與經驗。
7.噴氣客機首航倫敦至羅馬(1952.5.2)
36座的噴氣客機第一次在雲層上面飛行,使旅客可以更加心曠神怡地鳥瞰白雲下的美麗大地。世界上第一種民用噴氣客機“彗星”號的首創者是英國著名飛機設計師、飛行員和企業家德 哈維蘭。以他的名字命名的公司于1949年研製成功中程噴氣客機“彗星”號。1952年5月2日,“彗星”號客機正式投入航線首航,“彗星”從倫敦起飛,兩小時後抵達羅馬,引起巨大轟動,紛紛預訂機票。甚至連皇室成員也想嘗嘗乘坐噴氣式客機的滋味。這條航線是從倫敦到南非的約翰內斯堡的,中間經停羅馬、貝魯特、喀士穆、恩德培和利文斯敦,全程10 821千米,總飛行時間(包括中間經停的時間)為23小時34分,極大地提高了客運的效率。在此之間,民航客機清一色是安裝活塞式發動機的螺旋槳式飛機,飛行速度已達極限,即每小時700千米左右,而“彗星”號客機的巡航速度是每小時788千米。這就明顯的縮短了飛行時間。如從倫敦到新加坡的航線,以前的螺旋槳式客機要飛36小時,而“彗星”號只需25小時。“彗星”號還有一個優勢,它採用了密封座艙,在雲上飛行,不僅可以鳥瞰美麗的景色,其平穩舒適也是前所未有。
人類首先在軍用飛機上跨進噴氣時代之後,德 哈維蘭敏銳地覺察到噴氣技術對民用航空的巨大推動力,因此他在世界上率先進行民用噴氣客機的研製。
“彗星”揭開了人類民航噴氣客運的新時代。繼“彗星”之後,蘇聯,法國和美國也前後推出了自己的噴氣客機。蘇聯圖波列夫設計局于1955年6月首次試飛了圖104客機,該機是在圖16轟炸機的基礎上改進而成的,1956年9月投入航線使用,成為蘇聯20世紀50年代主力民航客機。真正使噴氣客機得到廣泛應用的是美國波音707客機,它的技術優勢在於每個細節都很成功,從而形成了綜合技術優勢。
“彗星”號客機投入航線使用頗不順利,從第二年開始便有空難發生。幾年間,最嚴重的是3架“彗星”號客機相繼在空中解體。最後查明,除第一次可能是遭遇季風而導致紊流發生事故外,後兩次在地中海上空發生空難的原因是飛機密封座艙結構發生疲勞所致。這是世界航空史上首次發生的因金屬疲勞而導致飛機失事的事件。
疲勞是指飛機結構在交變載荷的作用下,裂紋的形成與擴展過程,裂紋擴展的後期就會産生斷裂。在飛機發展的早期,疲勞問題並不十分突出。至20世紀30年代,飛機設計師開始對疲勞問題提出簡單的要求,直至“彗星”號飛機發生空中解體導致機毀人亡重大事件,疲勞問題才被人們重視起來。
就“彗星”號飛機來説,機身疲勞是飛機在多次起降過程中,其增壓座艙殼體經反復增壓與減壓引起的。針對這個問題,德 哈維蘭公司對“彗星”號飛機進行了改進設計,加固了機身,採用了橢圓形航窗,使疲勞問題得到很好的解決。
從此,在飛機設計上將飛機結構的疲勞強度正式列入了強度規範而加以要求。
“彗星”號飛機幾經改進,1958年推出了最新型別——“彗星”4號,該機承受了相當於飛行80年的疲勞強度試驗。該機用6小時27分跨越了大西洋。
8.阿普特突破熱障(1956.9.27)
他創造世界飛行速度紀錄之日,也是他為航空獻身之時。1956年9月27日,美國空軍飛行員阿普特上尉駕駛貝爾X2火箭研究機,飛行速度達到馬赫數3.2,即每小時3 380千米。與9年前他的同胞耶格爾相比,後者突破了“音障”,成為當時世界上飛得最快的人;而前者突破了“熱障”,把飛行速度提高到從來沒有過的3.2倍音速。然而阿普特沒有耶格爾幸運。他在這次創紀錄的飛行中獻出了自己寶貴的生命。
阿普特在這次飛行中,高度達到了38 465.8米。當他降低高度準備返場時,飛機操縱突然出現問題,阿普特不得不關閉發動機,但此時又出現了滾動失控,飛機急劇下墜,阿普特意欲跳傘救生,但為時已晚,結果是機毀人亡,阿普特駕駛的X2是僅有兩架中的第二架,第一架于1953年5月12日在試飛中爆炸而墜毀,飛行員也未能倖免。飛機設計人員從墜毀的X2飛機殘骸分析中得出結論:飛機失控是尾翼面積太小而造成的。這個認識的得來是靠犧牲兩名高水平飛行員和兩架飛機的巨大代價得來的。
而熱障是怎麼回事呢?
熱障是因飛行速度增高而引起飛機表面加熱造成的障礙。這時飛機材料性能會下降,從而使飛機結構強度與剛度降低,飛機的氣動外形發生破壞,甚至引起災難性的顫振。通常,飛機速度超過2.2倍音速時必須採取防熱措施,如採用耐熱合金、不銹鋼等材料製造飛機機體,加裝隔熱裝置、冷卻系統等。
噴氣式飛機出現之後,飛行速度大幅度提高,特別是超音速飛行之後,機體溫度也迅速提高,原來的鋁合金就力不勝任了。因為,高速飛行的飛機所要求的不僅僅是強度,而且應當有良好的抗蝕性、韌性和耐熱性,這就呼喚新的耐熱合金的出現。
鈦合金的出現給飛機克服熱障帶來了曙光。以金屬鈦為基,加入適量的其他元素組成了鈦合金。其在300~600 ℃時的比強度優於鋼和鋁合金,鈦的熔點為1 690 ℃。美國于1954年研製出性能優良的鈦合金。在這之後,鈦合金在航空上的應用日益廣泛,通常用鈦合金來製造飛機結構的隔框、蒙皮、翼梁、航空發動機的風扇葉片和盤等。美國最早使用鈦合金的F86飛機,後來在F111、F14、F15A戰鬥機上都有廣泛應用。使用最多的當屬“全鈦飛機”SR71,因為該機的飛行速度高達三倍音速,已突破熱障。該機鈦合金使用重佔全機結構重量的93%。
9.超音速客機首飛(1968.12.31;1969.3.2)
世界航空史上的巧合:圖144與“協和”號一前一後,相距3個月首飛成功,外形性能又極為相似。20世紀60年代末期,有兩個日子曾被載入世界航空史的史冊:即1968年12月31日和1969年3月2日,超音速客機圖144和“協和”號分別進行了首飛並取得成功。
超音速飛行在戰鬥機上早已不是新聞。20世紀50年代初期,以蘇聯的米格19和美國的F100為代表的超音速飛機相繼問世。至60年代,種類繁多的超音速戰鬥機大行其道。
從20世紀60年代初開始,噴氣式民航客機經過10年的發展已日漸成熟,人們開始關注超音速客機,如果將民航客機的速度提高到兩倍音速以上,將會大大縮短人們旅行所需要的飛行時間。
1962年11月29日,英法兩國政府簽署協議,決定合作研製“協和”號超音速客機。
“協和”號的設計方案是:飛機巡航速度為音速的2~2.2倍,機身為細長形,機頭是活動的且可以下垂,下單翼機翼是具有複雜彎度和扭轉的三角翼,前緣為S形,動力裝置為4台加力式渦輪噴氣發動機。由於把飛機速度限制在2.2倍音速之下,機體的主要材料仍為鋁合金,僅在某些承受高溫的部位採用耐熱的鈦合金和不銹鋼,即飛機只過“音障”而不過“熱障”,這種設計顯然是十分聰明之舉。
英法研製超音速客機的舉動驚動了美蘇兩個航空大國。美國先是提出了指標更為先進的超音速客機計劃,最後胎死腹中——美國政府終止了該項計劃,而蘇聯則捷足先登,率先推出了圖144超音速客機。
圖144與“協和”號外形驚人的相似。該機是一種無尾雙三角翼飛機,機身細長,機頭可以向下偏轉,機頭兩側有可伸縮的前翼。其巡航速度為音速的2.35倍,航程6500千米。飛機裝有4台渦輪風扇發動機。
圖144雖然先於“協和”號3個月首飛上天,但以後災難接踵而至:1973年6月3日,在法國巴黎舉辦的航空博覽會上,“協和”號和圖144世界僅有的兩種超音速客機同臺進行飛行表演,現場觀眾有35萬人之多。“協和”號飛完之後,圖144登場。它在飛行3次通場而過向上爬升時突然在空中解體,造成機毀人亡的慘劇,不但6名機組人員無一生還,還砸死了地面上的幾個農民。後來,圖144隻在蘇聯國內航線上使用。1978年5月28日,一架圖144在飛行中墜毀,從此蘇聯停止了圖144飛機的飛行。
“協和”號在最初設計研製階段十分謹慎。由於設計技術基礎紮實,“協和”號首飛後於1974年獲得適航證,1976年1月在英法兩國各自投入運營。“協和”號投入航線運營引起了轟動。它那令人賞心悅目的細長機身,它那活動的尖尖的似鳥嘴一樣的機頭,它那曲線圓滑的三角翼,整體上看則像是一隻在藍天舒展疾飛的美麗聖潔的白天鵝。其設計被稱為是力量與美學的完美結合。
“協和”號使歐洲到美國的飛行時間縮短了一半:從巴黎到紐約,波音747要飛7小時30分,而“協和”號只需3小時49分。難怪王公貴族、商務巨賈、大牌明星、政要大員對它情有獨鍾。但是“協和”號所付出的代價也是沉重的。它的研製費高達32億美元,耗油率高因而票價昂貴,其票價要比大型客機的頭等艙高出15%。更為甚者,超音速飛行噪音很大,再加上超音速飛行時所産生的音爆,對地面居民正常生活有很大影響。因此,美國只允許它在紐約一家機場降落。
在圖144退出歷史舞臺,“協和”號唱“獨腳戲”慘澹經營20餘年之際,一場突發的巨大空難使“協和”號蒙受嚴重打擊。
2000年7月25日,一架法航“協和”號飛機從巴黎戴高樂機場起飛2分鐘後,墜毀於機場附近,造成機上及地面113人喪生的慘劇。經事故調查委員會調查,釀成這一空難的“罪魁禍首”並不是飛機自身的故障,而是飛機跑道上一塊來歷不明的金屬片。這塊金屬片劃破了“協和”號飛機輪胎,輪胎在起飛時爆裂,其碎片擊破油箱導致其失火,最終造成飛機失事。“協和”號空難已經過去,“協和”號飛機已經復航,人們對於飛行速度的追求遠未停止。現在世界第二代超音速客機的方案已顯端倪,到不遠的將來,飛得更快、更遠的“白天鵝”將翱翔在萬里藍天之中。
10.世界最大寬體客機首航(1970.1.21)
説來有趣,波音747飛機竟然是波音公司競爭落選的産物。1970年1月22日,汎美航空公司首次使用寬體客機波音747,載客324名,從紐約首航倫敦,飛行時間只用了6小時10分,而14年前,美國好萊塢著名女影星格蕾絲凱利從紐約乘輪船赴歐洲小國摩納哥,舉行舉世矚目的世紀婚禮時,在大西洋上足足航行了8天。
1964年,美國空軍招標,發展大型軍用運輸機C5A, 波音、道格拉斯、洛克希德三大公司競標,結果是波音失敗,洛克希德中標。波音的飛機方案是無懈可擊的,只是要價過高。波音從失敗中奮起,決定這一技術轉為民用,發展大型寬體客機,並得到了汎美航空公司的支持。波音747項目無論是當時還是現在看來都是一場冒險,寬體客機是飛機設計上的一次革命,其基本型波音747-100機身22英尺寬,一排10座位,雙通道;波音最顯著的特徵是上艙突起,這一突起就增加載客100人,最大載客量達490人。波音為投産波音747,花費2億美元建設目前仍是世界上最大的廠房,該廠房佔地43畝,室內面積有40個足球場那麼大。波音747最初發展並不順利,問世不久就遭到兩個打擊:一是發動機技術不過關,迫使30多架飛機趴窩,使波音成了“養雞場”。二是趕上席捲全球的石油危機,油價暴漲,使航空公司考慮成本而不敢購買波音747,競爭對手乘機推出250座左右的中型客機L-1011和DC-10波音為了適應這一形勢,不得不把機身截去14.2米,變成300座的747SP,以保住747飛機的市場。自至首航8年後的1978年,世界民航市場回升,發動機也過了關,波音747才改變被動局面成為市場新寵。很快,波音747的市場就超過了L-1011和DC-10的總和。1988年交付使用的波音747-400是本系列中最先進的,可載客524名。1990年,美國政府決定用波音747-400改裝為新的總統專機“空軍一號”。 截至2002年,共有1261架波音747飛機在世界各大航空公司運營,乘坐過它的人次超過世界總人口的四分之一。 波音寬體客機壟斷世界民航已有30多年,現在,歐洲空中客車工業公司已發起了挑戰,開始研製新一代巨型客機A380,預計2006年面世。
|