巨無霸上天是航空奇跡
很多人已習(xí)慣于乘坐客機往來于世界各地，安全、舒適及一流的服務(wù)吸引著越來越多的人選擇這種交通工具。美國萊特兄弟1903年將首架飛機送上天后，人們很難想到，一架半個足球場那么大、載重量達數(shù)百噸的鋼鐵巨無霸，能跨越海洋進行洲際飛行。如果說萊特兄弟的貢獻是讓少數(shù)人實現(xiàn)了飛行夢想，那么現(xiàn)代的大型噴氣式客機則讓飛行夢想變成了便捷的交通工具。
萊特兄弟發(fā)明飛機后不久爆發(fā)了第一次世界大戰(zhàn)，此后在相當(dāng)長一段時期內(nèi)，飛機充當(dāng)?shù)闹饕巧际恰翱罩袣⑹帧�，日軍的“零式”�?zhàn)機，美軍的B－29“空中堡壘”都是這一階段的杰作。從速度靈活的戰(zhàn)斗機到載彈量大的轟炸機，飛機性能在二戰(zhàn)期間達到了頂峰。可悲的是，人類發(fā)明飛機的初衷只是為了使交通更快捷，未想竟然淪為戰(zhàn)爭工具。此時在空中運輸任務(wù)方面，飛艇的風(fēng)頭甚至一度蓋過飛機。
在相當(dāng)長一段時期內(nèi)，飛機在民用航空領(lǐng)域無所作為，原因在于飛機載重量低、噪音大、速度慢，不夠安全。但這種情況在噴氣式客機出現(xiàn)后大為改觀。從活塞驅(qū)動的螺旋槳飛機到完全靠燃氣反沖力推進的噴氣式飛機，這可不是一蹴而就的，其中包含各領(lǐng)域技術(shù)人員的努力。
起初的飛機可以被看作一個大功率的“飛船”，因為其依靠螺旋槳推動的動力系統(tǒng)與輪船差別不大，有耗油量大、澡音大、速度低等諸多缺點。從“飛船”到現(xiàn)代飛機的一個重要事件是突破音障。
美國國家流體動力學(xué)協(xié)會(NFPA)官員卡爾·羅德，在2月21日接受英國《泰晤士報》采訪時說，一戰(zhàn)時的戰(zhàn)機時速只有180～220公里，這和今天的直升機速度差不多。根據(jù)空氣動力學(xué)計算，如果利用燃氣噴射的反沖力作為動力，飛機就可輕易突破音速。但當(dāng)時，人們普遍對人類生理是否能承受超音速飛行心懷畏懼。美國航空航天局(NASA)的資料顯示，1947年美國貝爾公司一架由B－29在空中放下的火箭飛機第一次突破音障，駕駛員安然無恙。此后，人們大膽地將渦輪噴氣發(fā)動機裝上了飛機。1949年，人類第一架噴氣式民航客機──英國“彗星”號首次飛行。從此，人類航空史進入了噴氣機時代。如今的噴氣式客機時速一般都能達到900公里，諸如火箭發(fā)動機、沖壓發(fā)動機等效率更高的發(fā)動機，正陸續(xù)進入航空領(lǐng)域。
“鋼鐵大鵬”為何能懸浮空中
“北冥有魚，其名鯤。鯤之大，不知其幾千里也；化而為鳥，其名為鵬。鵬之背，不知其幾千里也；怒而飛，其翼若垂天之云�！边@是戰(zhàn)國時著名思想家莊子在《逍遙游》中對大鵬自由自在飛翔的描述。喜歡窮根問底的人就會想到，鯤魚是靠水的浮力游動，大鵬靠翅膀撲扇飛行。那么，翅膀固定的“鋼鐵大鵬”，靠什么浮在空中而不掉下來呢？
人類很早就意識到，不可能制造出鳥像靈巧雙翅那樣的飛行器。正因為如此，在19世紀，很多物理學(xué)家都對密度比空氣大的飛行器能飛上天持否定態(tài)度。1892年，英國物理學(xué)家開爾文勛爵斷言：“比空氣重的飛行器飛上天是不可能的。”開爾文依據(jù)的原理是阿基米德浮力原理。但令他意外的是，他斷言的依據(jù)——浮力并不是飛機懸在空中的原因。
在解釋之前，我們需要知道流體力學(xué)中的一條重要定律——伯努利定律，該定律用簡略的文字語言可表述為：流體在一個管道中流動時，流速大的地方壓力小，流速小的地方壓力大。飛機飛行時，采用了特殊流線型設(shè)計的機翼上方空氣流速大，壓強��；下方空氣流速小，壓強大。由此產(chǎn)生的壓強差就是飛機的升力來源。大型客機對機翼的要求很高，其角度、長度、寬度、厚度等設(shè)計參數(shù)，都是實驗人員在風(fēng)洞中經(jīng)過無數(shù)次實驗才確定下來的，并且要在試飛中接受苛刻的檢驗。
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