物理天地 天空中飞行的船 - 飞艇
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在1783年发明了气球之后,人们马上就想方设法推进和驾驶气球。
1784年,法国罗伯特兄弟制造了一艘人力飞艇,长15.6米,最大直径9. 6米,充氢气后可产生1000多公斤的升力。罗伯特兄弟认为,飞艇在空中飞行和鱼在水中游动差不多,因此,把它制成鱼形,艇上装上了浆,这桨是用绸子绷在直径2米的框子上制成的。
7月6日进行试飞,当气囊充满氢气后,飞艇冉冉上升,随着高度的增加,大气压逐渐降低,囊内氢气膨胀,气囊越胀越大,眼看就要胀破,这可把罗伯特兄弟吓坏了,他们赶紧用小刀把气囊刺了一个小孔,才使飞艇安全降到了地面。
这次试验启示人们,应当在气囊上留一个放气阀门。2个月后,兄弟俩又对飞艇进行了改装,做了第二次飞行。这次飞行由7个人划桨作动力,飞行了7个小时,但只飞了几公里。虽然飞行速度很慢,但它毕竟是人类第一艘有动力的飞艇。
1872年,法国人特·罗姆制成了一艘用螺旋桨代替划桨的人力飞艇。飞艇长36米,最大直径15米。加上吊舱,高达29米,可载8人。螺旋桨直径9米,几个人轮流转动螺旋桨,使其产生拉力,牵引飞艇前进,速度达每小时10公里,比划桨的飞艇好多了。
不久之后,另一个法国人卡奴·米亚从自行车受到启发,设计了一种脚踏式螺旋桨飞艇。这种单人飞艇在无风时可以短时间飞行,速度可达每小时16公里,比起手转螺旋桨飞艇又快了许多。
但这时飞艇飞行中有一个难题还没解决,就是飞艇一升高,就要通过阀门放气,以防止气囊膨胀爆裂。但气放掉之后,就再也无法升高了。
为解决这一问题,法国的查理教授和罗伯特兄弟于1874年制成了一种装有空气房的气球。它的形状像纺锤,与现代飞艇很相似。这种气球,外面是一个大的丝质胶囊,里面有一个小气囊,小气囊上面有一个气体阀门。外囊充氢气,使气球产生浮力升到空中,内囊用来充空气。这个小气囊就叫“空气房”。
气球在升空之前,先将“空气房”充进空气。当气球升到一定高度后,就将“空气房”打开,放出一部分空气。这样,外囊膨胀后,“空气房”就因受挤压而缩小,使外囊膨胀的压力有所减小,以保证气囊不致胀破。这一发明,解决了气球升空的一大难题,是飞艇发展史上的又一重大突破。此后,“空气房”很快便在所有飞艇上使用了,并一直使用至今。
18世纪60年代,蒸汽机、内燃机、电动机相继发明,为飞艇动力的改进创造了条件。1851年,一台重160公斤,功率为2.2千瓦的蒸汽机制造成功,并很快被应用于飞艇上。1852年,法国的齐菲尔德创造了一艘椭圆形的飞艇,长44米,最大直径13米,总升力2吨多。飞艇上安装了螺旋桨,并用这台蒸汽机作动力。
9月24日,这艘以蒸汽机作动力的飞艇在巴黎郊区试飞。那天,天气晴朗,风和日丽。飞艇升空后,蒸汽机以每分钟110转的速度,带动直径3米多的三叶螺旋桨放置前进速度达到每小时9.4公里。但由于没有考虑操纵问题。因此飞艇起飞后不能返回起飞地点着陆。
1884年,法国的军官路纳德和克里布又制造了一艘“法兰西”号飞艇,长51米,前部最大直径8.4米,用蓄电池供电的电动机作动力。8月9日凌晨4点,在法国科学院观察员的陪同下解缆试航。飞艇先向南飞行,然后向凡尔赛宫飞去在离开出发点4公里处返航。在高度300米处打开放气阀门排氢降落,在降落中多次前后转动,以对准着陆点。飞艇到达80米高度时,丢下缆绳由地面拉降固定。试飞历时25分钟,飞行速度最高达每小时24公里。这是人类第一艘能操纵的飞艇。
在飞艇发展史上,德国的退役将军菲迪南德·格拉夫·齐柏林是一个重要人物,他是硬式飞艇的发明者,被后人称为“飞艇之父”。
1900年,齐柏林制造了第一架硬式飞艇。它的最大特点是有一个硬的骨架,骨架是由一根腹部纵向大梁和24根长杵及16个框架构成,并使用了大量纵向和横向拉线,以增强结构强度。艇体构架外面蒙上防水布制成的蒙皮。艇体内有17个气囊,总容积达到1.2万立方米,总浮力达13吨。比当时软式飞艇大5至6倍。由于多气囊还能起到类似船上隔水舱的作用,所以大大提高了飞行的安全度。
1908年,齐柏林又用自己的全部财产设计制造了当时世界上最大的一艘飞艇——“Lz-4”号。齐柏林对这艘飞艇的性能非常满意,他曾亲自驾驶这艘飞艇作了一次远航试验。飞艇从德国起飞,飞过阿尔卑斯山,到达瑞士后返航。这一成就引起了德国政府的重视,他们宣布,如果飞艇续航时间能超过24小时,政府就购买它,并愿意支付发展硬式飞艇所用的全部研制费用。
这年8月4日,是“Lz-4”号飞艇正式接受检验的日子。政府官员和许多观众都来到了现场。齐柏林亲自驾驶飞艇升空。开始一切都很顺利,可是几小时后,发动机就出了毛病,飞艇只好迫降地面,进行维修,准备再次升空。谁知祸不单行,偏偏在这个时候又起了一阵狂风,将飞艇的锚绳吹断。飞艇朝一片树丛撞击,当场毁坏了。
正当齐柏林走投无路时,一位法兰克福时代报的记者富果·艾肯纳博士帮助了他,艾肯纳将飞艇的现场客观地作了报导,又把齐柏林为发展飞艇而奋斗的事迹作了一番宣扬。全德国的报纸都转载了艾肯纳的文章。 齐柏林的事迹深深打动了人们的心,德国人民发动了一场捐款活动,在很短时间内就筹集了600万马克,足够齐柏林再造一艘新飞艇。
齐柏林总结了过去失败的教训,重新设计制造了“Lz--5”号、“Lz--6”号飞艇,经过试飞都获得了成功,在空中停留的时间都超过了24小时。后来他又制造了三架飞艇,性能都不错,完全可以进行运输。 这样,齐柏林与艾肯纳决定成立航空公司,起名叫德拉格公司。这是世界上第一家航空公司。
1910年6月22日,第一艘飞艇正式从德国法兰克福飞往杜赛尔,建立了第一条定期空中航线,担任首航运输任务的就是“Lz--7”号飞艇,它一次可载24名旅客,有12名乘务员,飞行速度为每小时69--77公里。
齐柏林逝世后,他的继承人艾肯纳博士提出了一个大胆的计划:建造一艘环球飞艇,开辟州际长途客运。艾肯纳设计的环球飞艇确实很大,这艘飞艇和茂密237米,最大直径30.5米,可充10.47万立方米的氢气,本身重量为118吨,载重53吨,用5台柴油发动机作动力,最大速度每小时193公里,于1927年7月建成。为纪念齐柏林,特地将这艘飞艇命名为“格拉夫·齐柏林”号,由他的女儿主持了建成典礼。
1929年8月8日,“格拉夫·齐柏林”号飞艇开始了一次伟大的环球飞行,从美国的新泽西州出发,经过德国、苏联、中国、日本,于8月26日回到洛杉矶市。整个航程历时21天7小时34分。
齐柏林号飞艇环球飞行的成功大大促进了飞艇的发展。据统计,在20世纪20至30年代,美国建造了86艘,英国建造了72艘,德国建造了188艘,法国建造了100艘,意大利建造了38艘,苏联建造了24艘,日本也建造了12艘。这是飞艇的鼎盛时期,所以人们把这期间称作飞艇的“黄金时代”。
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