提要 簡要地?cái)⑹隽巳R特兄弟發(fā)明飛機(jī)之前，前人對飛行的研究，并且介紹了萊特發(fā)明飛機(jī)和力學(xué)學(xué)科的關(guān)系，還介紹了圍繞飛機(jī)發(fā)明權(quán)的訴訟。

　　關(guān)鍵詞 飛機(jī)，萊特兄弟，空氣動力學(xué)，恰納特， 柯蒂斯。

　　1903年12月17日，萊特兄弟第一次實(shí)現(xiàn)了人類飛行的夢想。開辟了航空時代。這件事過去了整整一百年，現(xiàn)在世界各國都在隆重地紀(jì)念這一偉大的事件。本文就萊特兄弟發(fā)明飛機(jī)的前后，介紹幾件有關(guān)的歷史事實(shí)，以表紀(jì)念。

　　萊特之前的飛行研究

　　人類對飛行的向往是源遠(yuǎn)流長的。飛機(jī)的發(fā)明決不是萊特兄弟心血來潮的幸運(yùn)所得，而是人類時代前赴后繼奮斗和積累的結(jié)果。

　　我國在戰(zhàn)國時代有了風(fēng)箏、三國時代有了孔明燈、晉代有了竹蜻蜓、宋代有了火箭的發(fā)明。它們是人類早期對重物升空的嘗試。

　　在歐洲的文藝復(fù)興時代，在達(dá)·芬奇的扎記中記載了他對滑翔升空的構(gòu)想。據(jù)說他曾經(jīng)花了20多年觀察與研究鳥、蝙蝠、昆蟲的飛行，并且計(jì)劃將他的發(fā)現(xiàn)寫成一本著作。1505年，達(dá)·芬奇寫成了研究手稿《論鳥的飛行》。

　　19世紀(jì)初，英國人喬治·凱利（George Cayley,1773－1857）為了對空氣的阻力與升力進(jìn)行定量研究，1804年12月，凱利自己設(shè)計(jì)和制造了一架懸臂機(jī)，用于研究平板的升力和阻力。利用這個裝置，凱利得到了最早關(guān)于升力和速度方面的數(shù)據(jù)。他初步的結(jié)果是，平板的升力與面積成正比、與迎風(fēng)角成正比、與速度的平方成正比。他在懸臂機(jī)試驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn)了流線型對減少阻力的重要性。他經(jīng)過精心計(jì)算，給出了一架飛機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)，并且說：“如果這塊平板能在動力作用下高效率運(yùn)動，空中航行就會實(shí)現(xiàn)�！�

　　大萊特曾說過：“我們設(shè)計(jì)的飛機(jī)，完全按照凱利爵士的非常精確的計(jì)算方法�！彼�以后來西方的航空專家都稱凱利為航空之父。

　　在19世紀(jì)的后期，在英國、俄國、德國、法國都有一些動力飛行的探索者。其中法國的彭橈(Alphonse Pénaud. 1850-1880)1871年發(fā)明的橡筋動力的飛機(jī)模型，飛行距離超過60米，后來幾經(jīng)改進(jìn)。他是19世紀(jì)繼凱利之后在歐洲影響最大的空氣動力學(xué)家。

　　1842年英國的漢森申請了他的飛機(jī)設(shè)計(jì)專利，這是世界上第一個有關(guān)飛機(jī)的專利。他的飛機(jī)上裝置的動力是蒸汽機(jī)，他將這種飛行器定名為“空中蒸汽車”。后來他自己進(jìn)行了模型試驗(yàn)，在頭幾次試驗(yàn)失敗后，他的財(cái)力已經(jīng)耗盡，無力繼續(xù)而停止了。

　　1857年，法國的布里斯制造了一架大型滑翔機(jī)，他的起飛方式是將滑翔機(jī)固定在馬車上，然后驅(qū)車沿大路奔跑，當(dāng)馬車達(dá)到一定速度時，把滑翔機(jī)放出去。在第二從試飛時，不幸遇到了下降的氣流，滑翔機(jī)摔壞，他本人也摔斷了大腿。過了10年，他又東山再起，繼續(xù)繼續(xù)滑翔機(jī)試驗(yàn)，試驗(yàn)又遭失敗，從此他退出了航空。

　　德國的利林塔爾，1889年發(fā)表了一本《鳥類飛行的藝術(shù)》，這本書對后來的飛行影響很大。他還制造了具有蝙蝠形狀機(jī)翼的滑翔機(jī)，為了改進(jìn)他制造的滑翔機(jī)，他進(jìn)行了2500次以上的飛行試驗(yàn)。他對滑翔機(jī)不斷改進(jìn)，最長的一次飛行是從15米高的山頭上起飛，滑翔了300米遠(yuǎn)。

　　利林塔爾對航空最大的貢獻(xiàn)是在準(zhǔn)備飛行前，要在地面上進(jìn)行一系列的試驗(yàn)。他試驗(yàn)了不同的翼型以確定對飛行最為有利的特點(diǎn)。有些機(jī)翼是平直的，而有些就像鳥翼一樣是彎曲的。利林塔爾發(fā)現(xiàn)彎曲的形狀更有利。后來萊特兄弟知道了利林塔爾的這些結(jié)果，并且把它應(yīng)用到自己的設(shè)計(jì)中去了。

　　利林塔爾在滑翔機(jī)上增加了舵，并且準(zhǔn)備裝上動力，可惜在1896年8月的一天，在試飛時，因?yàn)闄C(jī)翼折斷而折斷了脊骨，于次日犧牲。他離開人世時最后的遺言是：“如果沒有犧牲，任何事都不會成功。”

　　這些只是動力飛行的早期探索者中的少數(shù)例子。是這些勇敢的冒險家的前仆后繼的探求，人們又不斷從中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，才有后來的飛行世紀(jì)。誠然，像后來最早飛行成功的萊特兄弟，那樣的勝利者的業(yè)績值得慶賀，而像利林塔爾，這樣的失敗者的業(yè)績也是可歌可泣的。

　　蘭利（Samuel Pierpont Langley,1834－1906）是美國的職業(yè)科學(xué)家，起先曾從事土木工程工作，后來靠自學(xué)成為著名的天文學(xué)家。他發(fā)展了測輻射熱儀，對太陽光譜測量作出了重要貢獻(xiàn)，1867年，任美國匹茲堡大學(xué)的物理與天文學(xué)教授。他從幼年便對鳥的飛翔產(chǎn)生了極大的興趣。經(jīng)常連續(xù)數(shù)小時觀看鳥的飛行。

　　1887年蘭利移居華盛頓，出任當(dāng)時美國學(xué)術(shù)權(quán)威機(jī)構(gòu)斯密森學(xué)會的秘書。他建造了一座60英尺的懸臂機(jī)，該機(jī)靠煤氣發(fā)動機(jī)驅(qū)動，外周速度可達(dá)每小時70海里。利用這座懸臂機(jī)，他進(jìn)行了大量的空氣動力實(shí)驗(yàn)，研究平板與鳥翼在空氣中運(yùn)動時的阻力與升力的規(guī)律，由此得到了許多定量的結(jié)果，并且糾正了前人的不少錯誤。蘭利將他的研究結(jié)果寫成一本書《空氣動力學(xué)實(shí)驗(yàn)》，于1891年由華盛頓的斯密森學(xué)會出版。這本書是最早的比較系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)空氣動力學(xué)著作，對后來的飛機(jī)研究者，包括萊特兄弟影響很大。

　　除了實(shí)驗(yàn)室研究外，蘭利還動手做飛行試驗(yàn)。他先后從1891年開始試制了橡筋動力模型飛機(jī)、設(shè)計(jì)并制造了輕型蒸汽機(jī)、并且設(shè)計(jì)了空中旅行者0－6共7個型號的飛機(jī)模型、對其中的第5、6兩號在1896年進(jìn)行了成功的飛行、后來又在1903年進(jìn)行了兩次不成功的載人的飛行試驗(yàn)。后來因?yàn)樨?cái)政拮據(jù)和新聞界的冷嘲熱諷，以及蘭利本人年事已高（接近70歲）的諸多原因，放棄了試驗(yàn)，蘭利也于1906年逝世。后人總結(jié)他載人飛行的失敗主要是由于結(jié)構(gòu)上的不合理，當(dāng)時他的發(fā)射架如果采用輪式起落架，試飛很可能是另一種結(jié)果。

　　萊特發(fā)明的飛機(jī)

　　人類探索飛行的犧牲，給媒體帶來了冷嘲熱諷的口實(shí)，報(bào)紙上說試制的飛機(jī)是自殺機(jī)。

　　在俄亥俄州制造自行車的萊特兄弟（哥哥威布爾 Wilbur Wright，1867－1912，弟弟奧維爾Orville Wright，1871－1948）卻不顧媒體的嘲諷，決心試制飛機(jī)。萊特兄弟自幼癡迷于航空，這可以從兄長威布爾 萊特寫給紐約斯密森學(xué)院的一封信里看得很清楚。這封信說：

　　親愛的先生：

　　打從我還是一個孩子起，我一直對機(jī)械的和人類的飛行問題感興趣，繼凱利和彭橈的機(jī)器之后，我曾做過許多不同大小的飛行物。我的觀察使我更堅(jiān)定地確信人類的飛行是可能的和行得通的。僅有的問題猶如在所有的雜技表演中的技巧和知識。鳥類是世界上最理想的經(jīng)過訓(xùn)練的體操運(yùn)動員，并且特別適應(yīng)于它們的工作，而人類可能永遠(yuǎn)不能夠與之相比，但是當(dāng)注視一只鳥追趕昆蟲或別的鳥時沒有人能懷疑這種能力的形成需要通常飛行的三或四倍的時間。我相信對人類來說，簡單的飛行至少是可能的，獨(dú)立的工作人員的大量的實(shí)驗(yàn)和研究，其信息、知識和技巧的積累結(jié)果將最終導(dǎo)向飛行的實(shí)現(xiàn)。

　　在通向這一主題的工作上，指引我入門的有Appleton出版的Marey和Jamieson的書以及許多雜志和內(nèi)容豐富的文章。我為準(zhǔn)備在我經(jīng)常的買賣的時間之余期望做貢獻(xiàn)，剛開始對這一主題的系統(tǒng)地學(xué)習(xí)。我希望得到像斯密森學(xué)院出版的關(guān)于這一主題的文章，并且如果可能還希望得到在以英文印刷中的文章的目錄。我是一位熱心者而不是沒有耐心的人，我有一些去嚴(yán)格建造飛行機(jī)器的寵愛的理論。我希望所有已知的對我有用，并且如果可能，對未來獲得最后勝利者略盡綿薄之力。我不知道你能送給我的是哪些出版物，不過一旦你通知我價格，我將如數(shù)匯出。忠實(shí)于你的Wilbur Wright

　　萊特兄弟首先從制造滑翔機(jī)開始，逐漸改進(jìn)。上面這封信，就是他們1899年5月30日寫信給斯密森研究院索取有關(guān)航空資料。他們研究前人的經(jīng)驗(yàn)，其中包括達(dá)·芬奇、喬治·凱利、蘭利教授、馬克辛（機(jī)槍的發(fā)明者）、查紐特、帕森斯、托馬斯·愛迪生、利林塔爾、阿代爾、等等的事跡與經(jīng)驗(yàn)。到1902年秋，已經(jīng)積累了上千次滑翔經(jīng)驗(yàn)，掌握了飛行的理論與技術(shù)。

　　最后，他們決心制造裝有發(fā)動機(jī)與螺旋槳的飛機(jī)。經(jīng)過艱苦的研究，終于制成了4缸8馬力的內(nèi)燃發(fā)動機(jī)，并且用樅木制造了螺旋槳。1903年12月17日在北卡羅來納州的刺鬼山海岸（Kill Devil Hills beach），對他們制成的“飛行者”1號進(jìn)行了試飛。經(jīng)過4次試飛，最好的成績是在空中飛行59秒，飛行距離259.7米的記錄。那次試飛，他們發(fā)了50封邀請信，結(jié)果只來了5個人，報(bào)界對此反映冷淡。到1905年，美國著名的科學(xué)普及雜志《科學(xué)的美國人》說這次試驗(yàn)只不過是一個騙局�？墒牵�就在這一年，萊特兄弟的第三個改型飛機(jī)在10月5日那天，一次飛行了38.6千米，在空中持續(xù)飛行38分又3秒鐘。

　　最早的飛行與力學(xué)

　　20世紀(jì)產(chǎn)生的航空事業(yè)，可以說是力學(xué)科學(xué)的產(chǎn)兒。它自始至終是在力學(xué)研究成果的指導(dǎo)和哺育下發(fā)展和成長的。一般人以為，既然萊特兄弟是賣自行車的，所以他們只是憑借他們與自行車有關(guān)的機(jī)械學(xué)的知識制造飛機(jī)的。其實(shí)不然，他們的成功一直伴隨著對力學(xué)，特別是空氣動力學(xué)的深入鉆研。以下略微說一說這方面的事實(shí)。

　　為了獲得有關(guān)空氣動力學(xué)方面的知識，萊特兄弟向許多人寫信求助。下面是萊特兄長1899年6月14日寫給紐約斯密森學(xué)院的信，信中說：

　　親愛的先生：

　　我必須謝謝你6月2日的來信，在其中你親切地附上了一張選出的涉及航空的書目的單子。我還想感謝寄來的斯密森報(bào)告中的# 903, 93[....], 1134 與 1135等小冊子。附上一美元的現(xiàn)鈔，是打算預(yù)付你們寄給我蘭利的《空氣動力學(xué)中的實(shí)驗(yàn)》的。

　　忠實(shí)于你的

　　Wilbur Wright

　　從這封信里可以看出，萊特兄弟是很好學(xué)的。前面說過，蘭利在當(dāng)時至少是處于實(shí)驗(yàn)空氣動力學(xué)的前緣。他們向他索要蘭利的有關(guān)著作，并且進(jìn)行了十分認(rèn)真的實(shí)驗(yàn)。

　　1901年萊特兄弟為了實(shí)驗(yàn)和改進(jìn)翅膀，建造了風(fēng)洞，他們研究與比較了200種以上的機(jī)翼形狀。這個風(fēng)洞大概是美國第一座風(fēng)洞。

　　除了萊特兄弟好學(xué)，向一切從前的和當(dāng)時的人學(xué)習(xí)以外，還應(yīng)當(dāng)特別提到的是有一位著名的工程師直接指導(dǎo)萊特的力學(xué)知識。這就是法裔工程師恰納特（Octave Hanute，1832－1910）。他是一位著名的鐵路工程師，主持設(shè)計(jì)過復(fù)雜的鐵路橋梁，采用新的材料進(jìn)行施工。他對飛行一直保持濃厚的業(yè)余興趣，而且他關(guān)于飛行的力學(xué)知識在19世紀(jì)80年代一直處于前緣。他與萊特兄弟一直保持通信，指導(dǎo)他們，并且親自去過萊特兄弟的試驗(yàn)場地。在1886年8月于布法勒（Buffalo）他在美國第一次組織召開了關(guān)于航空研究可能性的討論會。這也就是美國科學(xué)促進(jìn)協(xié)會（American Association for the Advancement of Science (AAAS)）的第一個系列會議。之后他與他知道的任何有志于航空研究的人通信。1889年在多倫多又召開了AAAS 的會議，會上他正式將航空計(jì)劃作為一個工程問題。在1893年他趁芝加哥世界博覽會之機(jī)，在芝加哥組織召開了一次國際航空會議。許多對航空有興趣的著名人物出席了會議，其中有斯密森學(xué)院的秘書蘭利、發(fā)明家愛迪生等。之后于1894年他出版了《飛行力學(xué)進(jìn)展》，后來這本書成為這方面的一本經(jīng)典著作。

所以美國人羅杰 勞紐斯（Roger D. Launius）說：“萊特兄弟教會了世界飛行，但是是誰教會了萊特兄弟去飛行的呢？從最廣泛的意義上說是一位出生于法國，在芝加哥長大的工程師――恰納特。”

　　飛機(jī)發(fā)明權(quán)之爭

　　1903年5月，萊特兄弟曾就他們對飛機(jī)兩翼升力差及平衡等問題，向英國和美國提出了專利申請，英美兩國分別于1904年和1906年批準(zhǔn)了這項(xiàng)專利。

　　柯蒂斯（Glenn Curtiss，1878－1930）早先在造摩托車與摩托發(fā)動機(jī)的行業(yè)中很有成就。1907年他以自造的摩托車在佛羅里達(dá)創(chuàng)造了每小時136海里的記錄，被譽(yù)為“活著的最快的人”。后來他制造氣球飛船用的發(fā)動機(jī)。1906年他在紐約展出他的發(fā)動機(jī)，受到電話的發(fā)明人貝爾的注意，而貝爾正想制造一架飛機(jī)，邀請柯蒂斯參加他的計(jì)劃。從此投身到航空事業(yè)中去。后來專門生產(chǎn)飛機(jī)用的發(fā)動機(jī)。

　　1908年，柯蒂斯發(fā)現(xiàn)了飛機(jī)的副翼原理，其作用是使兩翼產(chǎn)生升力差。

　　萊特兄弟聞訊，以為柯蒂斯侵犯了他們的專利權(quán)，就向法院提出了控告。

　　1914年1月，聯(lián)邦高等法院判決萊特兄弟勝訴。柯蒂斯不服，他想重新試飛比萊特兄弟早的蘭格里的“航空站號”飛機(jī)。如果蘭格里的飛機(jī)試飛成功，他就能在訴訟中擊敗萊特兄弟。

　　柯蒂斯找到了斯密桑寧研究院院長沃爾科特。沃爾科特一直想替前任院長蘭利爭得榮譽(yù)，自然很贊同柯蒂斯的想法。他向柯蒂斯提供了2000美元的實(shí)驗(yàn)費(fèi)。

　　1914年4月，蘭利的飛機(jī)被送到柯蒂斯工廠重新組裝，柯蒂斯對飛機(jī)改動了35處。飛機(jī)試飛成功了。

　　沃爾科特十分高興。他在研究院的年度報(bào)告上，專門登載了一則聲明：“根據(jù)1914年實(shí)驗(yàn)證明，1903年的蘭格里飛機(jī)是不加以任何實(shí)質(zhì)性改進(jìn)，就能夠由人操縱進(jìn)行連續(xù)飛行的、最早的、比空氣重的飛機(jī)�！�

　　從此，蘭利飛機(jī)就被人們認(rèn)為是世界上第一架飛機(jī)，它被陳列在國立博物館最顯要的位置。

　　萊特兄弟對此自然不服，他們又向有關(guān)部門申訴。雙方從1914年訴訟開始，一直爭執(zhí)了28年。直到1942年，萊特兄弟的飛機(jī)從倫敦博物館運(yùn)回美國，爭議才告一段落。萊特的優(yōu)先發(fā)明權(quán)終被確立，萊特的飛機(jī)才被放在博物館最榮耀的地方。

　　在這場爭議中，他們彼此造成了一些損傷，不過在柯蒂斯與萊特兄弟爭訟的同時他們?yōu)榱斯餐�的利益還是有合作的�？碌偎共粌H是一位發(fā)明家還是一位很卓越的企業(yè)家，在第一次世界大戰(zhàn)中，生產(chǎn)了一萬多架飛機(jī)，柯蒂斯成為世界上最大的航空公司的主席，其雇員超過兩萬。1929年7月5日柯蒂斯與萊特正式聯(lián)合成立柯蒂斯－萊特公司。迄今這個公司已經(jīng)有70多年的歷史，它雖然不是最大型的企業(yè)，但良好的經(jīng)營，在強(qiáng)手如林的美國企業(yè)中仍然辦得獨(dú)具特色。它目前是以制造控制系統(tǒng)、金屬加工為主要業(yè)務(wù)。在紀(jì)念人類飛行100周年的活動中，它表現(xiàn)得非�；钴S。

　　參考文獻(xiàn)

　�。�1］Roger D. Launius， OCTAVE CHANUTE,The Chicago Connection, and the Birth of Aviation ，Illinois Periodicals Online (IPO)， Northern Illinois University Libraries funded by the Illinois State Library，2003

　�。�2］梅子，功名爭奪，當(dāng)代工人雜志社，2003

　　［3］武際可，力學(xué)史，重慶出版社，2000年

　　刊登于《力學(xué)與實(shí)踐》2003年06期，作者授權(quán)天益發(fā)布

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