生活中的物理-天空中飞行的船 – 飞艇

2015-08-09 8:49:31 暂无评论阳光倾城常识科普 1,128

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，充氢气后可出现1000多公斤的升力。罗伯特兄弟以为，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，伴随高度的增加，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，使其出现拉力，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大量。
　　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，与现代飞艇很相仿。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，使气球出现浮力升到空中，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。如此，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，若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。政府官员和大量观众都来到了现场。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。　　如此，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”。