力学与工程:一名优秀的工程师首先是力学家(6)

第一位是19世纪初，英国人乔治·凯利 (George Cayley,1773-1857) 为了对空气的阻力与升力进行定量研究，1804年12月，凯利自己设计和制造了一架悬臂机，用于研究平板的升力和阻力。利用这个装置，凯利得到了最早关于升力和速度方面的数据。他初步的结果是，平板的升力与面积成正比、与迎风角成正比、与速度的平方成正比。他在悬臂机试验中还发现了流线型对减少阻力的重要性。他经过精心计算，给出了一架飞机的设计参数，并且说:“如果这块平板能在动力作用下高效率运动，空中航行就会实现。”大莱特曾说过:“我们设计的飞机，完全按照凯利爵士的非常精确的计算方法。”所以后来西方的航空专家都称凯利为航空之父。

第二位是美国的科学家兰利 (Samuel Pierpont Langley,1834-1906)，起先曾从事土木工程工作，后来靠自学成为著名的天文学家。他发展了测辐射热仪，对太阳光谱测量作出了重要贡献，1867年，任美国匹兹堡大学的物理与天文学教授。他从幼年便对鸟的飞翔产生了极大的兴趣。经常连续数小时观看鸟的飞行。1887年兰利移居华盛顿，出任当时美国学术权威机构斯密森学会的秘书。他建造了一座60英尺的悬臂机，该机靠煤气发动机驱动，外周速度可达每小时70海里。利用这座悬臂机，他进行了大量的空气动力实验，研究平板与鸟翼在空气中运动时的阻力与升力的规律，由此得到了许多定量的结果，并且纠正了前人的不少错误。兰利将他的研究结果写成一本书《空气动力学实验》，于1891年由华盛顿的斯密森学会出版。这本书是最早的比较系统的实验空气动力学著作，对后来的飞机研究者，包括莱特兄弟影响很大。

除了实验室研究外，兰利还动手做飞行试验。他先后从1891年开始试制了橡筋动力模型飞机、设计并制造了轻型蒸汽机、并且设计了空中旅行者0-6共7个型号的飞机模型、对其中的第5、6两号在1896年进行了成功的飞行、后来又在1903年进行了两次不成功的载人的飞行试验。后来因为财政拮据和新闻界的冷嘲热讽，以及兰利本人年事已高(接近70岁)的诸多原因，放弃了试验，兰利也于1906年逝世。后人总结他载人飞行的失败主要是由于结构上的不合理，当时他的发射架如果采用轮式起落架，试飞很可能是另一种结果。

莱特兄弟首先从制造滑翔机开始，逐渐改进。他们研究前人的经验，其中包括达·芬奇、乔治·凯利、兰利教授、马克辛(机枪的发明者)、查纽特、帕森斯、托马斯·爱迪生、利林塔尔、阿代尔、等等的事迹与经验。其中特别是凯利和兰利关于飞行的理论资料。到1902年秋，已经积累了上千次滑翔经验，掌握了飞行的理论与技术。最后，他们决心制造装有发动机与螺旋桨的飞机。经过艰苦的研究，终于制成了4缸8马力的内燃发动机，并且用枞木制造了螺旋桨。1903年12月17日在北卡罗来纳州的刺鬼山海岸(Kill Devil Hills beach)，对他们制成的“飞行者”1号进行了试飞。经过4次试飞，最好的成绩是在空中飞行59秒，飞行距离259.7米的记录。那次试飞，他们发了50封邀请信，结果只来了5个人，报界对此反映冷淡。到1905年，美国著名的科学普及杂志《科学的美国人》说这次试验只不过是一个骗局。可是，就在这一年，莱特兄弟的第三个改型飞机在10月5日那天，一次飞行了38.6千米，在空中持续飞行38分又3秒钟。

1901年莱特兄弟为了实验和改进翅膀，建造了风洞，他们研究与比较了200种以上的机翼形状。这个风洞大概是美国第一座风洞。

除了莱特兄弟好学，向一切从前的和当时的人学习以外，还应当特别提到的是有一位著名的工程师直接指导莱特的力学知识。这就是法裔工程师恰纳特 (Octave Chanute，1832-1910)。他是一位著名的铁路工程师，主持设计过复杂的铁路桥梁，采用新的材料进行施工。他对飞行一直保持浓厚的业余兴趣，而且他关于飞行的力学知识在19世纪80年代一直处于前缘。他与莱特兄弟一直保持通信，指导他们，并且亲自去过莱特兄弟的试验场地。在1886年8月于布法勒 (Buffalo) 他在美国第一次组织召开了关于航空研究可能性的讨论会。这也就是美国科学促进协会 (American Association for the Advancement of Science (AAAS)) 的第一个系列会议。之后他与他知道的任何有志于航空研究的人通信。1889年在多伦多又召开了AAAS 的会议，会上他正式将航空计划作为一个工程问题。在1893年他趁芝加哥世界博览会之机，在芝加哥组织召开了一次国际航空会议。许多对航空有兴趣的著名人物出席了会议，其中有斯密森学院的秘书兰利、发明家爱迪生等。之后于1894年他出版了《飞行力学进展》，后来这本书成为这方面的一本经典著作。

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