1867年4月16日 美国发明家、飞机的发明者维尔伯·莱特诞生

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4月 4月16日


  维尔伯·莱特(1867.4.16—1912.5.12),美国人,发明家,飞机的发明者,1903年他与他的弟弟奥维尔·莱特发明了飞机。

  莱特兄弟是美国俄亥俄州人,父亲是一个木匠,母亲是一位音乐教师。

  威尔伯·莱特1867年4月16日出生于靠近印第安那州磨纺村(Millville,音译米尔维尔)。

  1885年至1886年的冬天,维尔伯在跟朋友在溜冰场玩冰上曲棍球时,被曲棍球棍意外击中脸部,导致他失去了门牙。一直到事情发生前,维尔伯都是精力旺盛、活泼好动。虽然维尔伯当时的伤势似乎没有那么严重,但他从此变得性格孤僻并沉默寡言,并且没有按照先前的计划到耶鲁大学升学。

  如果维尔伯进入耶鲁就读,他的职业生涯可能已经会走向非常不同、不是他后来跟着奥维尔走的那条不平凡的道路。相反的,后来几年他足不出户,把光阴放在照顾他肺结核末期的母亲,并且在他父亲的图书馆里努力阅读。他大力协助他的父亲处理基督教协基会教会里的纷纷扰扰,然而这亦表达了对自己胸无大志的不安。奥维尔高三辍学,并在1889年开始他的印刷业务,并在维尔伯的帮助下设计和建造自己的印刷厂。维尔伯摆脱了缠绕经年、因事故造成的抑郁,加入了印刷厂担任编辑。而奥维尔是《西边新闻》(West Side News)周报出版者,并后来在每日《晚报》(Evening Item)做了几个月。他们客户中的一位是奥维尔在高中的同学暨朋友:保罗·劳伦斯·邓巴(Paul Laurence Dunbar)。邓巴是位广受国际好评的开创性非裔诗人与作家。不久之后莱特兄弟印行《代顿闲谈》(Dayton Tattler)周报。邓巴当时在该报做了短期的编辑。

  莱特兄弟中学毕业就停止了学业,奥维尔在高中时代就曾尝试办报,并在17岁那年自制了一台高速印刷机。当时一位业内人士称:“这玩艺真好用,但我还真看不出来它是怎么工作的。”之后不久,年轻的莱特兄弟就创办了一个小型的印刷厂。

  在投身飞行前,两兄弟迷恋过当时还属于时尚范畴的自行车。在威尔伯的提议下,他们停掉了印刷厂,并在俄亥俄州戴顿城开了一家自行车修理店 [1] (当时名为莱特自行车交流社,即后来的莱特自行车公司)。哥俩并于1896年开始生产自己品牌的自行车。他们利用这一努力作为其日渐增长的飞行兴趣提供资金来源。奥维尔野心更大,有阵子还想过生产汽车,只可惜威尔伯对此不感兴趣,因而未能实现。

  莱特兄弟心里清楚,虽然1902年第3号滑翔机试飞非常成功,但它毕竟是借助风力进行滑翔的飞行机器,只靠空气的阻力是无法使机身升高飞行的。要想滑翔机不借助风力而且飞得又高又快,就一定要在滑翔机上装设发动机或螺旋桨。所以他们在1902年的试飞结束回到代顿市后,立即就着手实现他们在基蒂霍克已拟好的计划,制造一架动力飞机。滑翔机成功的试飞已经说明他们在实验室得出的数据的准确性,既然他们曾经根据这些数据制造滑翔机,现在他们就能够事先计算出他们即将制造的任何飞行器。他们使用的相当准确的数据是前人所没有掌握的。

  他们想要一台至少有马力,除了附属部件其重量为每马力不足10千克的发动机。他们不知道是否能顺利买到他们所需要的发动机。也许某家汽车公司能够通过减轻飞轮的重量和比平常的产品使用更多的铝来生产出一台足够轻的发动机。1902年12月3日,莱特兄弟写了十几封信给各家汽车公司和汽油发动机制造商,询问他们是否可以生产能提供8马力而其重量又不超过91千克的发动机。然而这些公司都回信说他们目前的业务太忙,无法承担这样一种订货。奥维尔觉得自己在那些信中可能透露了寻找这样一台发动机的目的,因此有理由怀疑这些公司可能听到了什么风声,知道他们买发动机是为了制造一架动力飞机,将来升上天空摔下来机毁人亡,害怕那时候会因为发动机的设计问题找他们的麻烦。再者,要是某个公司为所谓的“飞行机器”提供了一台发动机,这个消息一旦传出去,那一定会损害他们的商业信誉,因为世人会觉得他们没有头脑,竟相信人类飞行是可能实现的幻想。

  在这重重打击之中,居然有一个公司回信说按照法国的级别,他们有 8马力、其重量仅有61千克的发动机,要是莱特兄弟认为这种发动机符合要求,他们可以买一台去。在对这台特殊的发动机进行检验后,莱特兄弟知道这台发动机只有一个缸,10厘米的内径,13厘米的冲程。他们想这台发动机的马力很可能被估计过高了。

  最后,莱特兄弟不得不决定自己动手制造一台发动机。他们估计他们能够做一台四缸的发动机。它的内径为4英寸,冲程也是4英寸,包括附属的部件,重量不超过91千克。在制造发动机的过程中,他们的机修工人查利·泰勒给了他们热情的帮助。发动机做成后,不算小型磁石发电机,重量为69千克,连附属部件一起,重量才77千克。它每分钟可达1200转。在发动后的15秒钟内,就能产生16马力,在开动了一两分钟后就不到12马力了。然而他们只期望得到8马力,他们计划的飞机重量达272千克,现在他们还有 68千克的余地可以用来加固机翼和其他部位。由于不知道那么大的发动机应该发出多大的马力,因此莱特兄弟对这台发动机已经是十分满意了。很久以后,他们才发现那台发动机应该提供大约两倍的马力。正如他们后来说的,问题是他们“缺乏制造汽油发动机的经验”。

  这架动力飞机的翼展为40英尺多一点,上翼与下翼的距离为6英尺。为了减少发动机会砸到驾驶员身上的危险,它被置于下翼中央稍微偏右一点的地方,就像在滑翔机上一样,驾驶员俯伏在下翼中央稍微靠左一点的地方,以便使机翼上的重量平衡。为了防止飞机在着陆时滑倒,雪橇似的滑橇伸出到比滑翔机的机翼更靠前一些的地方。这两条滑橇长达4英尺,中间相隔8英寸。飞机的机尾是两块活动翼,而不是像1902年的滑翔机那样只有一个尾翼。

  莱特兄弟把螺旋桨的设计工作放到最后才去做,他们以为那部分工作是非常容易的。他们认为,从风洞试验中得出的气动压力表能够使他们准确地计算出维持飞行所必需的推进力。可是,就他们当时掌握的动力来看,要设计出能够提供强大推动力的螺旋桨却还是一个他们没有考虑到的问题。当时并没有现成的空气螺旋桨可以借鉴,他们满以为制造空气螺旋桨像船舰螺旋桨那样,获得50%的效率是不难做到的。现在他们只要从论述船舶发动机的书本上学习螺旋桨的原理,再用空气压力代替水的压力就成了。还有什么比这更简单更容易的办法呢?因此,莱特兄弟从代顿市公共图书馆借了好多有关这方面知识的书。可是当他们阅读了这些书后,就惊奇地发现人们对于螺旋桨的知识比他们所想象的要少得多。

  莱特兄弟发现书上有关螺旋桨的制作方案都是直接出自试验和观察,而不是出自来源于实践的理论。当人们看到某一种螺旋桨不能快速地推动船舶前进,他们就换上一个大点儿的或者不同螺距的试一试,直到他们满意了为止。人们不能根据设计好的图纸去订做螺旋桨,也不能准确地预见某条船的螺旋桨的性能。尽管人们使用螺旋桨已达一个世纪之久了,但是有关螺旋桨性能的可靠知识还是缺乏的。

  为了得出有关螺旋桨性能的理论,威尔伯和奥维尔进行了许多争论。必须指出,莱特兄弟这种对技术问题进行争论的习惯是他们能在较短的时间里解决重大难题的原因之一。他们相互之间从来不会不动脑子就说“是的”。当他们争论螺旋桨的问题时常会出现这样的情况。奥维尔后来回忆说:“经过一小时的争论,我们发现我们还是像开始时一样远远不能达到一致,但是双方却调换了原来的立场。”

  好几个月过去了,错综复杂的问题开始被一一解决了。莱特兄弟终于在认识螺旋桨的性能问题上超过了他们的前人。他们认为他们能够设计出所需要的准确的直径、桨距、面积的螺旋桨的日子终于来到了。

  计算表明转速达到305转的螺旋桨可以产生45公斤的推力。后来,进行实物测验,他们的螺旋桨转数达到了 302转,同计算数字相比,误差小于1%。他们的螺旋桨将发动机输出功率的66%变成向前推进的动力。这个成绩比海勒姆·马克辛或兰利教授在他们的飞行尝试中取得的成绩还大三分之一。值得指出的是兰利教授受到政府的巨额补助,还有得力的助手协助他研究,而莱特兄弟则完全凭借自身的力量去制造动力飞机的,如果没有强烈的事业心、坚强的毅力,又怎能取得如此的成就?莱特兄弟决定在新造的飞机上使用两个螺旋桨,原因有两个:一是 可以获得较大的空气的反作用力;二是还可以使用较大的叶距角度。通过使用两个相反旋转的螺旋桨,一个螺旋桨产生的陀螺效应就可以抵消另一个陀螺的效应。这两个螺旋桨被装在飞机上相隔大约10英尺远的管状轴上,它们都是由链轮上的链条带动的,那模样同自行车的情况多少有些相似。印第安纳州波利斯城的钻石项链公司的总经理温赖特,对莱特兄弟制造的传动机构很感兴趣,并向他们提出了宝贵的建议。

  莱特兄弟发现链条必须通过导轨运行,以免碰撞和过紧。他们采用了管道导轨。他们把一根链条按“8”字的形状交叉安装,这样一来两个螺旋桨就可以向不同的方向旋转了。

  一直到9月23日,莱特兄弟才做好了一切准备并启程去基蒂霍克。他们跟一个船主建立了良好的关系。在一个星期五,也就是两天后,他们就到了自己的营地。在路途上,他们兴致勃勃地讨论了想要达到的目的。他们谁都相信这次一定能实现他们自己的梦想。当时他们不仅信心十足,而且身体健壮、精力旺盛。奥维尔这一年是32岁,威尔伯是36岁。奥维尔身高1.89米,威尔伯则为1.94米。奥维尔体重66千克,而哥哥体重64千克。他俩都是蓝灰色的眼睛,当时在家里人们认为威尔伯的相貌更多地保留着莱特家族的特点,而奥维尔比较像他的母亲,尽管如此,人们还是一眼就可以认出他们是亲兄弟。他们的身体完全符合飞行员的条件。

  可是在他们的前面还有无尽的烦恼和困难。当莱特兄弟到达基尔德维尔山下的营地时,他们发现一场暴风雨已经把他们的机库彻底毁坏了。他们在修理机库的同时又建起了一座新机库。有了这两座机库,他们就有了足够的地方存放1902年的滑翔机和动力飞机了,同时他们还有了一个较好的车间。

  就在新的机库接近完工时,一场在基蒂霍克地区多年没有的毁灭性的风暴在没有预报的情况下突然降临了。大风起先是以每小时64千米的速度呼啸而来,到夜间风暴更加急骤了,第二天风速超过了每小时121千米。奥维尔冒险爬到房顶上去修理被风刮坏的部分,可是当他刚爬上屋脊,大风就把他的大衣吹得紧缠住他的胳膊,使他处于非常危险的境地中。威尔伯见到此情景,即刻爬上屋顶,把缠住弟弟的大衣解开。当时的风是那么大,以至他们几乎无法举起锤子把钉子钉好。

  他们安装新飞机需要三个星期的时间。在此期间,他们还多次把1902年的滑翔机拿出来进行飞行试验(这架滑翔机在他们走后被留在机库里,情况仍然良好)。在经过几次试飞之后,兄弟俩都能用它在空中滑翔一分钟,从而创造了新的世界纪录。

  他们希望动力飞机能在11月初做好一切准备,以便进行第一次试飞。可是在飞机安装好以后第一次开动引擎时,一个螺旋桨的轴在逆火时被扭弯了。这样一来,他们不得不把两个轴取下来送回代顿市的自行车铺去重新打造。正好在他们营地观看新飞机的斯普拉特博士从10月23日住到11月5日,天气还是没有转好,他只好启程回家。于是莱特兄弟拜托他将损坏的轴带到诺福克市,然后从那儿托人用船将轴带回代顿市去修理。

  11月6日,夏努特又一次来到了营地,可迎接他的也是恶劣的气候。风越来越大,结果他呆了不到一个星期也走了。在走之前,夏努特无意中说的一句话使莱特兄弟很着急。他说,通常使用链条传动,动力至少有20%会被浪费掉,而莱特兄弟原来只打算损失5%的动力。他们一时感到十分紧张。

  夏努特是一位著名的、有才能的工程师,他提出的意见不能不考虑。于是莱特兄弟决定还是慎重一点,测试一下谁的数据更准确一些为好。他们把一条传动链条悬吊在一个链轮齿上,在链条的每一头各挂上一个沙袋,通过称出能够升起另一头沙袋的重量,他们就能计算出在传动过程中损失的动力。试验结果跟他们原来估算的相差无几,这种损耗还不到5%。

  11月20日,用管道制成的更大更重的轴从代顿市送来了。当他们再次进行试验时,新的问题又出现了,被装在轴上,并用反螺纹的螺母固定的链轮不断地出现松动。这虽是一个小问题,可是莱特兄弟一时又拿不出什么办法解决它,他们只好闷闷不乐地上床睡觉。第二天,他们像往常一样,不得不使用在自行车制造中学到的技术,通过把车胎固定在轮轴上,他们发现了广泛使用胶合剂的方法。记得从前有一次,他们曾经将一个钟表匠宣称已经报废的记秒表的指针粘好了,现在,为什么不能再用胶合剂在链轮上也试一试呢?于是他们立刻把螺旋桨的轴和链轮加热,然后把液状的胶合剂倒在螺纹上,再把它们旋紧。这样,链轮就再也不会松了。

  当动力飞机要开始试飞时,恶劣的气候又来临了。一连好几天都是雨雪交加,北风也达到了每小时40至48千米。就是在被坏天气耽搁的日子里,他们也没有闲着,还在忘我地工作,发明了一种机械装置来自动测试飞机从起动到停机这一段时间里的性能、飞机飞越的距离、发动机和螺旋桨的转数,秒表计算时间,风速表记录气流的速度,一个计数器统计发动机运转的转数。他们的秒表、风速表和转数计数器都能自动开动并能同时停止。

  在这一段时间里,他们还忙于试验机翼的强度并多次进行了令人满意的发动机的试验。可是在11月28日的一次发动机试验中,他们发现最近加工的管状大轴出现了裂缝!

  由于冬天即将来临,他们已经没有时间再等候把大轴寄回代顿市修理了。奥维尔决定立刻亲自回去一趟。他们要用更坚硬的工具钢做大轴而不用管状轴。他们觉得事先采取预防措施是必要的,免得发生发动机爆炸事故。

  直到12月11日(星期五),奥维尔才赶回营地。他在路途上从一张报纸上读到了兰利教授的飞机最近在华盛顿的波托马克河试验失败的消息:兰利先在河上建造一艘巨大的平面船,船上铺设了轨道。在轨道的一端装有一具弹簧发射器,靠它把停在轨道上的飞机推送出去。试飞的那天,机械师打开发射器的键钮,借助弹簧的力量,飞机即刻被推送向前,虽然飞机本身发动了引擎,螺旋桨也旋转起来,然而它刚离开轨 道不久,就一头栽到河中央了。这个消息使奥维尔震惊,同时更坚定了他研究制造飞机的决心。

  奥维尔一到营地,哥俩就把新的坚硬的大轴装到发动机上,第二天下午(星期六)飞机已再次完成了试飞的准备。可这天风太小,单凭一条60英尺长的单轨道在平地起飞是不行的。可是在天黑前把飞机弄到附近的一个小山坡上去也来不及了。在那座小山上,他们早已在较陡的山坡上铺设了轨道,即使是在无风的天气里,飞机也能获得足够的速度起飞。

  整个星期天莱特兄弟都坐在机库里读书,满心希望第二天的气候适合飞行。他们现在特别害怕再拖延时日,因为他们也像孩子一样渴望回家过圣诞节。如果第二天还是一个坏天气,那么他们就有可能在基蒂霍克再呆上两三个星期。

  12月14日(星期一)拂晓时,天气非常晴朗,太阳照在第一架动力飞机上熠熠生辉。它的机身总重量是340 千克,机翼长12米,弦2米,面积达47平方米。单是发动机就重80千克,两具螺旋桨分别装在发动机的左右两侧,莱特兄弟凭借金属链条及齿轮的原理,使得螺旋桨每分钟可以旋转350次,又从“风洞”实验中得知螺旋桨较长,则推进力亦随之增强的原理。此外他们还制造了一个速度计,那是一种扇形板,当它承受风力时就自动地逆着发条而旋转,在刻度上显示其速度。奥维尔也设计出一个计时表,能在飞行中自动记录飞行时间。莱特兄弟将这架动力飞机推拉到基尔德维尔山的山坡上去进行飞行试验,因为这一天气温比较低,风力较小,不适合在营地附近的平地进行试验。在较小的风里,驾驶员比较容易操纵飞机。这次他俩充满信心,认为会飞行成功,并能驾驶飞机飞过将近5英里远的基蒂霍克救生站。

  莱特兄弟十分欢迎旁观者观看他们的飞行试验。他们向营地周围的居民发出了邀请,希望人们来参观。可是他们不可能说出第一次飞行的准确时间。于是他们在机库上架设一个信号牌,这样从一英里以外的基尔德维尔救生站就能看见。救生站的工作人员都在注意着那个信号牌。那一天莱特兄弟的信号牌挂到机库的墙上不久,丹尼尔斯、韦斯科特、比彻姆、多佛,还有“本尼大叔”奥尼尔都赶来了。他们一起帮忙把飞机拖到一个山坡上。把一架340千克重的飞机拖那么远可不是一件容易的事情。莱特兄弟略施小计,就完成了这一工作。他们把飞机放到一辆有两个轮子的小车上,然后再将它们拉到准备用作起飞跑道的单轨上,将它们推向18米木轨的尽头,然后把后一段木轨又搬到飞机前边,就这样循环往复,他们使飞机能够顺利前进。木轨的横截面为2×4英寸,木轨的上面覆盖了一层薄薄的铁皮。

  人们终于将飞机弄上山坡。起飞前,飞机被一根铁丝拴住以免滑动。

  他们启动发动机,让它先运转几分钟,看看它的情况是否良好。一切都如愿以偿,准备妥当。谁来当第一次飞行的驾驶员?他们不得不靠掷硬币来决定,结果威尔伯赢了。威尔伯从容不迫地登上飞机,飞机起飞了,有两个牵着狗来看热闹的小男孩被发动机的轰鸣声吓跑了。

下面是奥维尔·莱特对当时情况的叙述:

  我扶住机翼,想在飞机沿轨道往下冲时帮助飞机平衡。但是当铁丝松脱后,飞机冲刺得如此之快,我才跟着跑了几米就被甩下来了。飞机冲了约35米~40米就离开了轨道。可是飞机上升得太急,它才升高仅仅一米多就出现失速现象,落到了32米以外的小山脚下。我的秒表显示出飞机在空中飞了3秒半。飞机着陆时左翼先触地,机身还在旋转。

  一根滑橇插进了沙堆,被折断了。飞机上其他一些构件也摔坏了。可是从整个飞机来说,损坏并不严重。从试验来看,没有任何迹象表明发动机功率不足,不能让飞机升空。飞机的降落总是在起飞点十几米远的下方,试验表明我们采用的着陆的方法是安全的和实用的。总的来说,我们对这次试验的结果是非常高兴的。

  以后的两天我们都用来修理飞机,一直到16日的下午,我们的飞机才修复并准备再次进行试验。当我们把飞机推到机库前的轨道上进行最后的调试时,来了一位陌生人。他对着飞机看了几秒钟后便问我们这是什么东西,我们告诉他,这是飞机。他又问我们是否要让它飞上天去,我们说只要风力适宜,我们就放飞。他又对着飞机端详了好几分钟才彬彬有礼地说:“看起来,这架飞机是飞定了,只要‘风力适宜’。”我们觉得十分有趣,当他重复我们的话“风力适宜”时,毫无疑问,他脑子里一定在想着最近刮起的风速为120千米的风暴。

  12月16日的夜晚,一股很强的冷气流从北方南下了。17日早晨我们起床时发现木棚周围的水坑里的水都结了冰。当时风速是每秒钟10至12米(每小时36千米~44千米),我们想这阵风不用很久就会停息下来的。因此那天上午,我们又回到了室内,等到上午10点钟,风力还未见小,我们决定继续试验。于是便把信号牌挂了出去,让救生站的人们前来观看我们的试飞。我们认为在这样的风力下,飞机在营地附近的平地上起飞是不成问题的,同时也是十分困难的。可是在飞行中增加的危险也部分地被飞机降落时较慢的速度抵消了。

  我们在新木棚的西边松软的沙地上铺设了一条大约30米长的轨道。刺骨的寒风给我们的工作增添了许多困难,我们不得不一次又一次地跑进屋里烤烤冻僵了的手脚,当一切都准备妥当后,救生站的工作人员丹尼尔斯、多佛、埃思里奇,曼蒂奥村的布林克利和穆尔来到了试飞现场,后者是纳格斯黑德镇的一个小男孩。

  我们有一个“理查德”轻便风速表。我们就是用它来测量风速的。第一次起飞前的风速是每秒钟11米~12米,即每小时39千米~44千米。当天最后一次起飞前的风速是每秒钟9米~10米,起飞后的风速为8米多一点。基蒂霍克的气象站在10点半钟和12点钟时,也就是进行那4次飞行试验时为我们提供了风速记录,第一次试飞时风速每小时44千米,最后一次为39千米。虽然我们掌握了人类最近10年来数千次滑翔试验所获得的知识和技巧,虽然我知道我们这架动力飞机试飞过,对驾驶员来说是十分安全的,可我还是不敢相信我今天就要顶着风速为44千米的大风驾驶一架奇特的飞行器进行我的第一次试飞。虽说有了这几年的经验,我还是为我们敢于冒险在这样的气候条件下驾驶一架新的未驾驶过的飞机进行试验感到大为惊奇。尽管有些忐忑不安,我还是坚信几年来我们在试验室勤勤恳恳、一丝不苟的工作基础上得出的气动压力表,以及根据这些科学数据计算和设计出的飞机是可靠的。我坚信在三年来试飞滑翔机的基础上发展起来的平衡操纵系统是有效的。事实告诉我们,这架飞机能够升空,只要具有一定的飞行知识,它就能够安全地飞行。

  威尔伯14日那天已经进行了不成功的尝试,这次试飞的权利理当属于我了。我们开动了几分钟引擎,以便让它烧热。我解开了把飞机拴在轨道上的铁丝,飞机就迎风向前滑动了。威尔伯跟在飞机旁边跑,他扶着机翼以保持它在滑行时的平衡。跟14日那天在无风的天气里飞行不一样,这一天是迎风起飞,所以飞机起动得很慢,威尔伯能够跟着飞机跑了12米直到飞机离开地面。救生站的一位工作人员为我们的试飞拍下了一张照片,当时飞机刚好到达轨道的尽头,并已升到离地面大约0.6米的高度。这是我事先把照相机放在三角架上,镜头对着估计飞机离开轨道后将要到达的位置。因此这张照片拍得很成功,从照片上看到威尔伯毫不费力地跑到了跟飞机平行的位置上,可见飞机当时飞行速度并不快。

  飞机从起飞到着陆的整个过程都很不稳定,这一方面是因为气候不正常,一方面是我们还缺乏操纵这架飞机的技术。前方向舵由于太靠近主体而难以控制,它在飞机发动后不停地转动,以至它向一边转动得厉害,然后又向另一边转去。结果使飞机一下子上升到大约3米高,一下子又突然直冲下来。飞机落下的地点离轨道的尽头约 30米多一点,它升空的高度有36.5米。飞机的猛然下落结束了这次飞行。由于当时风速是每秒钟10.7米,而飞机迎风飞行的速度是每秒钟3米,据推测在静风的时候,这架飞机的速度就可以达到每秒钟13.7米,相应的飞行距离就可达164.6米。

  这次飞行虽然只持续了12秒钟,但它是有史以来依靠自己的动力,载人在平地上飞行的第一架飞机。我们忘不了这一天——1903年12月17日!