梦想之路

如今人们乘坐飞机出行已是十分平常的一件事，飞机不仅方便快捷且安全高效，在短时间内即可将旅客或物资输送到较远距离。但细心的你一定会发现，飞行并不是一件简单的事，飞行器为什么会飞，这是一个需要解释的科学问题。

飞行器按照飞行原理可分为两大类：轻于空气重量的飞行器和重于空气重量的飞行器。

轻于空气重量的飞行器比较典型的有气球、飞艇等。它们本身重量密度小于空气，自身产生升力飞向天空。重于空气重量的飞行器就是我们常见的飞机、火箭等，它们自身重量要远远高于同等空气重量，依靠额外动力及空气动力学原理使之飞行，同样遵循空气动力学原理，有固定式机翼和旋翼机之分。

还有一个比较重要的概念需要说明，我们常把大气层内有自身动力依靠空气动力学的飞行叫航空，大气层外宇宙空间飞行叫航天，以海拔100千米为界限，这条界限又被称为卡门线。本书讲述内容皆为固定翼喷气式战斗机，所以属于航空范畴。

接下来我们来了解一下，飞机是怎样实现飞行的。飞机与空气相对运动产生的结果使其机翼有了升力，这是基于空气动力学最基本的两个定理：伯努利定律和流体连续性原理。

瑞士数学家和物理学家丹尼尔·伯努利于1738年出版了对后世影响极大的《流体力学》，这本书对空气动力学有大量科学翔实的解释，也是后来发明飞机的理论依据，《流体力学》奠定了空气动力学的理论基础。伯努利通过研究理想流体运动中速度、压力、密度等参数之间关系，找到了它们之间变化的规律，即伯努利方程。简单来说，就是流体的流速与其压强成反比，即在空气中，空气流动得越快，其压力就越小。

流体连续性原理可以简单表述为：根据质量守恒定律，当一定质量的气体流经截面变化的管道时，在同一时段内，流过任何截面的气体质量都是相等的。当空气流速较低时，空气密度变化很小，或者说空气是不可压缩的。我们可以想象一下，当气流稳定流过直径有变化的管道时，每秒流入多少空气，也流出等量的空气，所以管径粗处的气流速度较小，而管径细处因为空气拥挤速度就会较大。

那么现实中飞行器是怎样应用伯努利定律的呢？让我们一起来看一下这张机翼剖面图，通过这张剖面图我们可以很直观地观察到飞机的机翼上下面形状有很大差异，上面相对凸一些，下面相对平一些。飞机机翼上部的空气在经过机翼时，相比下部有更多的流程距离，在速度压力相等的情况下，上部气流流速快，压强更小；下部空气流速相对较慢，压强更大。这使飞机产生了一个向上的升力，飞机各种翼面的升力之和构成了整个飞机的总升力，当速度足够大、飞机总升力大于自身重量的时候，飞机就飞起来了。当然，这仅是没有列举大量方程和数学模型等条件下的简单表述。

升力与速度大于自身重量就可以起飞，这样看起来似乎飞机的飞行原理很简单，其实不然。人类为了实现飞天梦经历了大量失败和教训，也留下了很多美丽的故事与传说。

嫦娥，中国神话中最为我们所熟知的月宫仙女。《淮南子·本经训》记载：“逮至尧之时，十日并出，焦禾稼，杀草木，而民无所食。猰貐、凿齿、九婴、大风、封豨、修蛇皆为民害。尧乃使羿诛凿齿于畴华之野，杀九婴于凶水之上，缴大风于青丘之泽，上射十日而下杀猰貐，断修蛇于洞庭，擒封豨于桑林。万民皆喜。置尧以为天子。”相传上古时期，天上有十个太阳一同出现，灼热的阳光晒焦了庄稼，花草树木干死，老百姓没有吃的东西，还出现了一些妖怪。尧便派羿去为民除害，并把天上的十个太阳一连射下来九个，只剩一个太阳继续供给人类光明。接着，羿把其他灾害也一举清除，百姓都非常高兴。民众很感激羿和尧，并推举尧为领袖。

老百姓很崇敬羿，很多人慕名而来拜他为师，这其中就有个人名叫逄蒙。逄蒙跟随羿学习射箭，得知羿的夫人嫦娥保留着西王母赠送给羿的长生不老仙药，起了歹心想要抢走。嫦娥害怕逄蒙得逞，便抢先服下了这颗仙丹。服下仙丹后的嫦娥突然身体发轻飞向空中不能停止，越飞越高一直飞到了月亮上。羿回家不见夫人，看见月亮上一只月兔在桂树下蹦跳，嫦娥也在桂树下与自己相视，便起身去追赶月亮。他追多少步月亮就退了多少步，无论如何也没有追上。后来人们为了纪念嫦娥，每逢八月十五月圆之夜便摆放起各种鲜美的食物祭奠她。这就是嫦娥奔月的故事，也是中秋节的起源故事之一。这个美丽的传说流传了几千年，也承载着我们的“飞天梦”。

还有一个流传很广的故事：万户飞天。

据传明朝时期有一个手艺精湛的木匠叫万户，在朝廷的兵器局任职，后来万户舍弃官职回到家中一心专研发明创造。他发明了“飞鸟”，这是一个以现代眼光看来非常简陋的“载人火箭”，椅子上固定些火药引信等产生推力，以巨大的风筝进行飞行。飞行试验当然是以失败告终，但这却是非常有意义有价值的一次尝试。万户飞天，也成了传说中人类航空（天）的鼻祖。

当然，上述两个故事都仅是传说，嫦娥肯定没有奔月，万户也找不到确凿证据来佐证其真实性。不论与否，他们都是人类向往飞天的一种期许。

说了几个故事，我们再看看真实的航空科技先驱们。

卡尔·威廉·奥托·李林达尔，德国工程师，航空先驱。

李林达尔是第一个有据可查使用滑翔机飞行的人，他颠覆了飞行必须使用气球才能实现的理论，“比空气重”的飞行器也可以成功起飞。根据伯努利方程，他发明并发展了现代机翼的概念，1891年的首次飞行尝试被公认为人类飞行的开始。不幸的是，在1896年8月9日，他的滑翔机失速无法重新控制，他从距离地面大约15米处坠落摔断了脖子，第二天就去世了。

1891年，李林达尔成功完成了大约25米距离的跳跃和飞行。他可以利用10米/秒的上升气流，逆着山丘保持相对于地面的静止，向地面上的摄影师大喊以调整到最佳拍照位置。1896年8月9日，李林达尔进行飞行试验。那天阳光明媚，不太热。第一次飞行很成功，他的滑翔距离达到了250米。在第四次飞行中，李林达尔的滑翔机向前倾斜，迅速下降。他以前很难使飞机从这个位置恢复，因为滑翔机依赖于重量转移，当指向地面时很难实现复飞。最后，他从大约15米的高度坠落，送医不久便去世了。李林达尔虽然因事故去世，但人们并未停下飞向蓝天的脚步。

1903年12月17日，美国北卡罗来纳州，奥维尔·莱特和威尔伯·莱特使用莱特飞行器进行了首次受控的持续飞行，也就是有动力且重于空气的飞机。莱特兄弟是最先发明固定翼动力飞行控制装置的人。

事情还要从1899年美国俄亥俄州一家名叫莱特自行车的公司说起，莱特自行车公司由两兄弟共同执掌，哥哥威尔伯·莱特有着卓越不凡的见解和思维，弟弟奥维尔·莱特善于制造，被誉为“可以制造一切想制造的机器”的人。哥哥负责设计，弟弟负责制造，兄弟两人相辅相成。对威尔伯来说，每天只是修理和设计自行车显然不够满足。在那个时代，很多人都在进行飞行探索，但没有人真正成功，主要因为那时人们对于飞行的理解不够深刻，航空理论基础薄弱。李林达尔等先驱们虽然取得了很大成就，但也仅限于滑翔机，除了顺应空气气流飞行并没有额外的动力主动控制飞机。严格意义上，那些不能算是飞机，只能说是滑翔飞行器。

威尔伯虽然经营着自己的自行车公司，但天才是不甘平凡的，他逐渐把视线转移到飞机的设计中，并敏锐地发现鸟在天空中飞翔时翅膀的巧妙变化，提出了“翘曲机翼”这个著名的概念。其后几年，兄弟俩把大量时间和精力都放在了飞机设计上，这期间他们制造了几架滑翔机并试飞，取得了一定成功。但无论滑翔机是否成功，飞行距离有多远，那还是对于滑翔机的进一步提高，距真正的飞机还有不少距离，他们需要突破。

与此同时，美国纽约州还有一位天才也在努力钻研飞机，他就是著名航空先驱格伦·哈温德·寇蒂斯。寇蒂斯跟莱特兄弟差不多，经营着一家摩托车公司，他对内燃机的使用比莱特兄弟有经验得多。20世纪初，人类航空史上的第一场较量正在进行着，这次的主题：谁才是飞机之父。

在花费了不少金钱之后，莱特兄弟终于将自己的飞机制造了出来，并起名为“飞行者一号”。为了获得更多控制力，他们加强了方向舵系统，又安装了一台4缸12马力（1马力=735瓦）的小型发动机。1903年12月17日，美国北卡罗来纳州，奥维尔·莱特驾驶着“飞行者一号”冲上天空。虽然当天第一次飞行时间仅十几秒时间，飞行距离仅不到40米，但这是人类有动力控制的飞机的首次飞行。尽管在几次飞行后“飞行者一号”遭到损坏，当时美国政府和媒体还对此次飞行抱有怀疑态度，有些非议和不重视，但这无疑是人类科技史上伟大的一天。莱特兄弟完成了不可能的任务，首架有人主动控制、带有发动机的飞机飞向蓝天，也宣告了天空较量的开始，制胜天空的帷幕就此拉开。

莱特兄弟的“飞行者一号”具有非凡的意义，不同于李林达尔单纯依靠空气气流飞行的滑翔机，装有发动机和可控制舵面使得“飞行者一号”具有了真正意义上的飞机的概念。虽然“飞行者一号”还是那么原始，控制舵面更是落后的软式连接，但发动机的加入让飞机可以依靠自身动力向前飞行，不再完全依靠风力。“飞行者一号”确立了莱特兄弟在航空史上的地位。

在莱特兄弟拿到了飞行器专利后，寇蒂斯也跃跃欲试开始飞行试验。莱特兄弟和寇蒂斯的发明之争正式打响。

副翼——寇蒂斯为了绕开莱特兄弟的专利而发明的飞机可动面，至今仍在各式飞机中使用。寇蒂斯设计制造了40匹马力且带有副翼的飞机，将其命名为“金甲虫”，寓意为传奇。寇蒂斯带着他的飞机参加比赛，希望证明自己的飞机比莱特兄弟设计的要优秀。很多时候，为了证明和实现自己的成功，你必须愿意承受更多的失败。“金甲虫”在比赛前一天的飞行中坠毁，幸运的是，寇蒂斯只是有些许擦伤。1908年7月4日，美国纽约州，寇蒂斯驾驶着修复完成的“金甲虫”在众多观众面前飞行了2分钟，这个消息传遍了各地，寇蒂斯一战成名。其后一段时间，寇蒂斯发明了水上飞机，并首次在军舰上起飞，成为现代航空母舰舰载机的雏形。

神话传说和航空先驱们的故事，是人类飞天梦的现实实践，是人类对飞上天空不遗余力的努力。