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第19章 发明简史(18)

节约能源成为新型汽车研制所追求的最重要目标。我们知道,地球的能源尤其是化石能源(如煤、石油等)越来越濒临枯竭,而石油的很大一部分正是被汽车吞噬掉的。虽已在研制太阳能汽车和氢气动力汽车,但因技术难度过大,短期内无法大面积推广。于是,节省油耗就成为最实际的选择。改善发动机的功能、提高燃料利用率当然是重要的节油途径。但用气动技术改善车体外壳的流线型式,及用塑料、铝和其他轻质材料制造车体已成为人们实现节油的又一重要追求。纤巧轻便的内部系统和车体,可实现轿车每百千米油耗低于4.7千克的目标。1980年,德国还出现了一辆“节油冠军汽车”。美国通用汽车公司的塑料轿车技术正趋成熟,欧洲“尤里卡”计划中对“轻型汽车”提出了要求,德国奥迪公司还制成了全铝汽车。一种使用喷汽战斗机材料、采用超流线型设计的“超级汽车”可能很快就要面世,它消耗电和少量汽油,每100千米仅耗油1.6升(普通夏利车是6升)。它的车体大量采用由碳、玻璃或特别塑料等复合纤维材料制成,内燃机体积小、功率高、污染少,还可向驱动车轮的电动机供电,刹车时可储存电能,爬坡时可补充能量。日本的大发、三菱公司,欧洲的梅塞德斯,宝马公司和美国都在加紧研制之中。

我们知道,汽车排放的大量废气是城市环境污染的“罪魁祸首”。各国政府都采取了一定的措施,但大多未能根本解决问题。为此,天然气汽车作为最近可能的选择即成现实,它的废气排放量是柴油汽车的一半。而从清洁度来说,最理想的要属电动汽车了,它的噪音和振动都小,保修容易,没有尾气,但因为目前所能使用的各种蓄电池的性能达不到要求,电动汽车的速度远无法与汽油汽车相比。看来,燃氢汽车可能最有前途。因为它把水分解成氢和氧,几乎取之不竭,所放能量比汽油高,燃后排出的是水汽,毫无污染。但它有噪音和振动都较大等缺点,并存在着要常使液氢燃料保持-253℃的温度的技术难题,这使人们目前无法去成批地生产这种汽车。另外,还出现了以酒精为燃料的汽车。

近几年来,全世界每年死于车祸的人数都在40万人左右,居各种事故伤亡人数的首位。安全成为未来汽车工业的首要目标。有效地防止或抵抗撞击当然是提高汽车安全系数的重要手段,这要求未来汽车的座椅抵抗正面撞击的坚固性比现在高4倍。另外,一种形同橄榄球似的椭圆形汽车,拥有一个尖圆形的车头,将使两车相撞变为侧面擦身而过,从而大大减轻汽车相撞的后果。同时,能够保证在雪雨路面上安全行车的4轮导向、4轮传动的技术也在积极推广,它能提高刹车性能。专家研究表明,高速公路上26%的致命事故是由半睡眠状态引起的,于是,一种警报系统被雷诺公司和白菇汽车公司生产出来,它专门用来监视驾驶员在操纵方向盘时的微小的动作变化。日本的“丰田先进安全汽车”运用电子等先进技术,进一步提高了安全性能,如采用17项最新技术,包括打瞌睡驾驶警报系统。

智能汽车技术试图最终消除司机失误造成的事故。日本三菱公司的自动驾驶系统、萨巴鲁公司的100%的计算机辅助驾驶、梅塞德斯—奔驰SL双座敞篷车等都是当今智能技术的结晶。日本生产了一种新型车,司机在开车中,可通过电话联系工作,或收看电视、接受传真;同时,还能操纵家里的洗衣机,掌握厨房电炉炖鸡的火候,指挥机器人扫地……他的行车路线已编入电脑,汽车一直处于最佳路线上,因此绝不会有危险。有的智能汽车上装有探测前行车距离的雷达系统或某种类似船舶的“导航”系统;甚至可以根据卫星传来的路况信息来自动调整行速……电脑技术将使汽车的“智能”大为提高。

在智能交通运输系统中,与智能汽车搭配的是智能公路。在这种公路上,如果发生了撞车事故,撞车地点就被自动定位,同时发出呼叫信号,一方面指示救援,紧急抢救;一方面警告后面的车辆小心,防止后继撞车。将汽车和道路融合在一起的是交通管理系统,一方面利用各种高新技术手段自动调节交通信号,实施最佳的交通管理;一方面借助计算机分析处理车辆密度、速度等信息,实施交通监控,对车流实行疏导。这使整个公路网上的交通处于最佳状态。公路上的自动导航系统可使驾驶员利用车中的小型电脑处理各种信号,帮助选择最佳最短的行车路线,从而能够快速、安全、舒适地到达目的地。

科学家预计,智能交通系统将在21世纪大显神通,可使高速公路上的恶性事故减少8%,在大大加快速度的同时,也大大减少对环境的污染。世纪之交,大量采用超流线型、喷气战斗机材料的超级智能汽车,以电为能源的电动汽车、甚至真正无污染的燃氢汽车、磁悬浮汽车都可能成批地出现在公路上。

飞机简史

飞机已经成为现代文明不可缺少的交通工具。它通过许多条空中航线把世界各国连接了起来,从而为人们提供了既方便又迅速的运输和旅游途径。一些大型的农业和林业经营单位,经常使用飞机来喷洒杀虫剂,以便大面积控制病虫害,或者用飞机在一些较广阔的丘陵或山丘播撒下优良的林木或花草种子,以绿化大地。地理工作者还用飞机准确而迅速地对广大地区进行测绘,把那些从空中拍摄的照片一张一张地拼接起来,以便绘出极好的地形图来。甚至,气象工作者也利用飞机进行气象观测或人工降雨等。

但是,这偌大的金属飞机,怎么就在那么高的天空上飞起来了呢?还是让我们看看飞机的来龙去脉吧。

人类早期的飞行

自古以来,能够像鸟一样地在天空中飞行,一直是人们梦寐以求的事情。中国的神话故事里就充分表达了这种梦想,比如《封神演义》中的哪吒和那些仙女们、天兵天将们,《西游记》中的孙悟空等。在中国的广大人民中间,还广泛地流传着一个嫦娥奔月的美丽故事。

在古代希腊人的神话、传说中,有关于代达罗斯与伊卡洛斯的故事,也同样表现了人类像鸟儿一样翱翔天空的梦想。

而最早记录人类飞行历史的是中国。《墨子·鲁问》中就提到著名的发明家鲁班曾用竹子制作一个“木鹊”,可以在天空飞行,三天而不坠落。墨子本人也曾花三年时间制造了一只木鸟,在天上飞行了一天。这些应该是最早的飞机的雏形了。在《汉书·王莽传》中,记载着这样一件事,约在公元9年~公元12年间,有人“取鸟翮为两翼,头与身皆着毛”,用环钮把两个翅膀绑在身上,飞行几百步远就坠落下来。这跟近代欧洲人最初的滑翔飞行非常相似,应该说是人类最早的飞行试验。

大约在公元3~4世纪,我国还出现了一种升空车。如晋代著名道人和炼丹家葛洪在《抱朴子·杂应》中说:“用枣木心为飞车”,用牛皮绳环绕车柄,迅速抽出皮绳,使飞车旋转,能“上升四十里”。这与多年以前人们在市场上见到的直升飞机玩具,在升空和飞行原理上都是一样的。后人把这种升空车体积缩小,结构简化,就变成了一种用双手一搓就能飞起来的“竹蜻蜓”。只是到了西方的文艺复兴时期,应该不早于13世纪,竹蜻蜓才传到欧洲,那时众多的启蒙学者们几乎人手一只,玩弄起来觉得十分奇妙。

从历史上来看,对现在的飞行技术有重要影响的,应当是风筝。这也是最早由中国人发明的。大约在公元前1000年左右,还出现过能把人带起来的大型风筝。但史书对此记载不详。而在唐代李著的《独异志》中,记述了公元547~549年,南朝梁的首都金陵(今南京)被敌人围困,当时的萧纲(即梁朝简文帝)曾用“纸鸢”(即风筝)飞到城外传送警报。后来,人们在风筝上用竹片绷紧一根弦,风吹时能发出嗡嗡的响声,像古筝一样,人们才称它为“风筝”。

在欧洲,15世纪时,著名的意大利画家、学者达·芬奇就对鸟类的飞行做过科学的考察,并绘制出人造鸟翼的图纸。之后,博雷里于1680年也进行过类似的研究。同时,不少人还设计了直升飞机和扑翼飞机的模型,直升飞机发展了竹蜻蜓的飞行技术,扑翼飞机则是对鸟类飞行的模仿。类似的设计和制造,在18世纪~19世纪,史书有记载的有数十人之多。但是,大多数试验是失败的,只有橡筋动力的直升飞机玩具还算比较成功。随后,研制飞行器的活动开始由活动翼转向固定翼,这方面最有特色的是英国著名的乔治·凯利爵士。

凯利在1799年就写论文,论证了滑翔机是可能制成的,并在1804年制成了一架没有发动机的飞机,这是一台具有像风筝一样的单翼,并带有十字形尾翼的滑翔机模型,曾拿到一个较高的山冈上,做了一次成功的试飞。当凯利为飞机装上蒸汽机时,飞机因变得过于沉重而未能飞离地面。但在有多年的模型飞机放飞的经验后,年近八旬的凯利爵士终于在1852年~1853年间,制成了一架大型滑翔机,曾成功地载人飞行两次,一次是载着一位极不情愿的马车夫,飞过一个山谷。一次是载着一位少年。可惜的是,这个成功的试验未能留下完整的文字记录。

1856年,一位名叫让·玛利·勒布里的法国人第一次驾驶着滑翔机,进行了一次成功的飞行。

滑翔飞行直到19世纪末才有了重大进展。德国人利连塔尔制造出一系列悬挂式滑翔机,并进行过上千次滑翔试验。利连塔尔还在中学时代就试验过扑翼。但是他精心研究的结果是,只有掌握了滑翔飞行,才能进一步使用发动机,进行动力飞翔。于是,他从滑翔机模型开始,一步步地加大滑翔机的尺寸,并使它载着自己,在花园中飞行,后来又从小山坡上向下滑行,并能飞行350米远。这大概已经超过了中国古代的飞行前驱——万户。利连塔尔不仅善于实践,而且善于总结经验、积累大量数据,从而概括出了升力公式。1889年,他发表《鸟类飞行是飞行技术的基础》一书,指导了那个时代众多的飞行尝试者们的实践。在1896年8月9日,利连塔尔正在空中滑行,一阵狂风使他失去平衡,飞机载着他一起坠落下来,最终也没有逃脱万户的结局。第二天他就去世了,这时他才48岁。

人们在不断探索滑翔飞行的同时,动力飞行的尝试也在不断地进行着。英国的亨森和斯特林费洛在1847年就制造了一台动力模型飞机,它的翼展有6米,由蒸汽机驱动。但是,它不能在空中连续飞行。

第一架成功地离地升空的载人动力飞机是由法国人克莱蒙·阿代尔制作的“风神”号,形状像蝙蝠,由15千瓦蒸汽机驱动。1890年10月9日,它飞离地面50多米。阿代尔在专利证书上第一次使用“飞机”一词,并称飞机就是“会飞的机器”。接着,在法国国防部的支持下,阿代尔又制造了由两台15千瓦蒸汽机驱动的飞机。这架飞机于1897年利用斜面跳板起飞,曾离地飞行了300米,突然遇到一阵风,将这架飞机摔得粉碎。

与此同时,法国人还有其他方面的贡献。如拉克鲁瓦兄弟曾在1857年制出了分别以发条和蒸汽机为动力的模型,实现了离地飞行。14年后,佩诺德发明了橡筋动力飞机模型,能飞55米高。

看来,人类早期的飞行是充满艰辛和鲜血的。人们为此付出的代价决定了人们终究能够实现真正的飞行。

莱特兄弟

到19世纪末,随着科学技术的发展和人们对飞机的孜孜以求,真正的由人来驾驶和操纵的飞机已经是呼之即出了。而在世纪之交,一项非常接近成功的动力飞行试验就显得格外引人注目。这项试验是在美国史密斯逊研究院的院长塞缪尔·兰利的领导下进行的。

兰利在1890年前后开始进行飞行探索,而且他的方法与利连塔尔的滑翔飞行很不一样。他先是利用7350瓦的蒸汽机,带动一架直径为18米的水平螺旋桨产生人造风,来研究升力问题,然后又制造一些小的模型飞机,利用小型汽油发动机作动力,使小飞机绕着直径为12米的圈子飞翔。这为他之后的研究打下了良好的基础。

兰利又在1896年先后制出两架长达数米的大型飞机模型,在小蒸汽机的驱动下,分别飞行了800米和1200米。这是一个成功的创举。尽管有人说他跳过了载人滑行试验的阶段,但他成功的动力飞行在1898年初得到了美国国防部的5万美元资助,史密斯逊研究院也增拨2万美元,让他进行载人动力飞行试验。

终于在1903年,他花巨资将飞机造了出来。这架飞机长达17米,宽14.6米,使用了重量为100多千克的38千瓦汽油发动机。但奇怪的是,这年的10月7日,兰利的第一次试验安排在从波多马克河上的一艘船的前甲板上起飞。由于飞机前部被发射车卡住,结果连驾驶员带飞机都栽到了河里,几乎酿成惨祸。经过整修,飞机复原,同年的12月8日进行第二次试飞,遗憾的是,飞机刚一离开甲板,就又掉到河里,试验完全失败了。

多少年之后,人们才发现了兰利飞机失败的原因,而稍加修改和矫正,它也竟然飞了起来。但是,在19世纪末呼之即出的飞机,还是在几乎和兰利失败的同时被制造出来了。

1903年12月17日,莱特兄弟的载人动力飞机首次试飞,获得历史性的成功。这次成功发生在兰利第二次失败的9天之后及距他失事160千米的地方。

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