萊特兄弟[世界著名科學家、飛機發明者]

萊特兄弟[世界著名科學家、飛機發明者]
萊特兄弟[世界著名科學家、飛機發明者]
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萊特兄弟(Wright Brothers)是美國著名的發明家,哥哥是威爾伯·萊特(Wilbur Wright,1867年4月16日—1912年5月12日),弟弟是奧維爾·萊特(Orville Wright,1871年8月19日—1948年1月30日)。1903年12月17日,萊特兄弟首次試飛了完全受控、依靠自身動力、機身比空氣重、持續滯空不落地的飛機,也就是世界上第一架飛機“飛行者一號”。 飛機是歷史上最偉大的發明之一,有人將它與電視和電腦並列為20世紀對人類影響最大的三大發明。萊特兄弟首創了讓飛機能受控飛行的飛行控制系統,從而為飛機的實用化奠定了基礎,此項技術至今仍被套用在所有的飛機上。萊特兄弟的偉大發明改變了人類的交通、經濟、生產和日常生活,同時也改變了軍事史。

基本信息

人物生平

天才降生

萊特兄弟與飛機發明 萊特兄弟與飛機發明

萊特兄弟是美國俄亥俄州人,父親是一個牧羊人,母親是一位音樂教師。

萊特兄弟幾乎在懂事的時候就對機械產生了濃厚的興趣。成年後的奧維爾每當向別人回憶自己童年生活時,講的幾乎都是與機械設計有關的故事。他常常津津樂道地回憶起在他 5 歲生日那天,在一大堆生日禮物中,他首先看中了一隻迴旋陀螺,儘管它支撐在刀形支承的刃口上, 但仍能夠保持自身的鏇轉和平衡。

萊特兄弟從小就對機械有著天生的愛好,從小就喜歡拆拆弄弄。他 們尤其對一些舊時鐘、磅秤最感興趣。不過威爾伯比奧維爾長 4 歲,威 爾伯常常與自己年齡相仿的男孩子們交往。奧維爾也有自己的好友。在家裡,兩兄弟自然玩在一塊了。玩些什麼呢?奧維爾當然是全聽小哥哥的。威爾伯常將街道上的破銅爛鐵搬回家“研究”,奧維爾則跑前跑後, 呼哧呼哧地用了自己吃奶的勁,幫小哥哥將這些“寶貝”搬回家裡後院的小倉庫。

1878 年 6 月,他們全家從俄亥俄州的代頓市搬到了依阿華州的錫德臘皮茲市,住在該市的亞當街。聖誕節萊特兄弟的爸爸給他們帶回了一個"蝴蝶“玩具,爸爸告訴他們,這是飛螺鏇,能在空中高高地飛去。“鳥才能飛呢!它怎么也會飛!”威爾伯有點懷疑,爸爸當場做了表演。只見他先把上面的橡皮筋扭好,一鬆手,它就發出嗚嗚的聲音,向空中高高地飛去。兄弟這才相信,除了鳥、蝴蝶之外,人工製造的東西,也可以飛上天。於是,弟兄倆便把它拆開了,想從中探索一下,它為何能飛上天去。

從這以後,在他們的幼小心靈里,就萌發了將來一定製造出一種能飛上高高藍天的東西。這個願望一直影響著他們。為了改善家庭設施和環境,威爾伯和奧維爾一次又一次地努力著。兄弟倆先埋頭畫好圖樣,又四處尋找修繕房屋的材料,並承擔所有房子加工的車床活。他們不僅很快修建起一個舒適的前廊,並用花卉點綴走 廊的兩側,而且還重新裝修室內,改變房間的布置。

1884年他們全家從印第安納州的里奇蒙搬到了俄亥俄州。萊特兄弟都受到了良好教育,但都沒有得到文憑。奧維爾大學第三年(1889)就退學了,在哥哥的幫助下乾起了印刷生意。維爾伯任編輯而奧維爾則是一部周刊West Side News(幾個月後成了Evening Item晚報)的出版商。

1890年初,他們研究報紙雜誌的文章以及德國Otto Lilienthal的飛行器概念圖。他們對飛行的興趣隨著年齡的增長與日俱增。“簡單地說,就是我們幸運地生活在這樣一個家庭環境裡。在家裡, 大人們總是熱情鼓勵孩子們去追求知識,去調查研究一切奇特的現象。 換了另一個家庭環境,我們的好奇心也許早在它結出果實以前就被扼殺 了。”萊特兄弟高中畢業後辦起了“代頓周報”。聰明的他們把報紙辦得紅紅火火,但他們朝思暮想的還是機械。

1894年,他們把報紙典當給一家通訊社,開起了萊特腳踏車修理店(後成為萊特腳踏車公司)。從此他們開始從事自己夢想的事業。

1896年5月,他們關注了史密斯索尼安學院的Samuel Langley的蒸汽飛機模型的試飛、芝加哥工程師和致力于飛行研究的權威Octave Chanute在密西根沙丘和湖邊幾部飛機模型的試飛。

1899年5月,威爾伯給史密斯索尼安學院寫了封信請求得到航空方面的信息和書籍。基於Sir George CAyley, Chanute,Lilienthal, Leonardo da Vinci以及Langley的草圖和靈感,萊特兄弟開始了他們的機械航空試驗。萊特兄弟完成了所有理論研究就開始動手實踐,他們的腳踏車店員Charlie Taylor成為了小組的重要一員,三人共同合作建造了第一架飛機引擎。

萊特兄弟不僅努力掌握前人的研究成果,而且十分注意直接向活生生的飛行物——鳥類學習。他們常常仰面朝天躺在地上,一連幾個小時仔細觀察鷹在空中的飛行,研究和思索它們起飛、升降和盤鏇的機理。當年他們提出的許多新穎想法,都在以後的航空工業中得到了套用。

萊特兄弟合影 萊特兄弟合影

在吸取前人經驗教訓的基礎上,萊特兄弟開始了飛行器的研製。在無法得到別人資助的情況下,他們用腳踏車生意賺來的錢進行飛機的研製。兄弟倆的配合是完美無缺的。哥哥威爾伯勤勤懇懇,扎紮實實,擁有工程師的細緻和謹慎;弟弟奧維爾則富有藝術家的想像力,敢於不斷創新。兩顆智慧的大腦密切配合,相得益彰,正如威爾伯所說:“奧維爾和我一起生活,共同工作,而且簡直是共同思維,就和一個人一樣。兩兄弟認為飛機能不能順利飛行,關鍵就在於如何設計和控制它在飛行過程中各種受力間的平衡。維爾伯·萊特用一張水平放置的紙演示了這個問題:如果讓它自由落下,在理想的平靜空氣當中,我們可以想像它一定是平穩落下,但理想條件是很罕見的,任何一點氣流都會使得紙張翻轉和飄蕩。對於飛機來說,完全理想的空氣條件下,要實現上天並不難,但是天空中總是存在風,這就使得實現飛機飛行的關鍵,在於如何調節飛機前後左右各個方向的受力平衡,特別是飛機的重心和升力受力點之間的關係。

早期由於擔心機翼過大,會使得飛機難於操縱,因此一般機翼面積都不是太大。例如李廉薩爾的機翼面積為151平方英尺,皮歇爾的為165平方英尺,查盧特的為143平方英尺。這就使得飛機所能夠獲得的升力並不充裕,相比之下,駕駛員的重量就占了升力的很大部分,那么在這種受力情況下,駕駛員自身的位置變化將嚴重地影響飛機的重心,而當時一般的設計思路就是順勢利用這點,由駕駛員改變身體位置來控制飛機的飛行姿態。然而正是這樣一種思路嚴重製約了飛機操縱性能的提升,因此萊特兄弟決定改變這個技術思路。他們首先仔細研究了前人的試驗數據,再通過大量風箏、滑翔機以及風洞試驗做驗證,設計出了最佳的機翼剖面形狀和角度,以便獲得最大的升力;然後決定把一般大小的機翼增大一倍,達到308平方英尺。最重要的是,他們設計了通過直接控制機翼來操縱飛機飛行姿態的機構,同時,在飛機整體的升力增加後,飛機對於駕駛員自身位置的變化也不那么敏感了,這就使得飛機儘管機翼面積大大增加,但可操縱性能並沒有比小機翼飛機降低! 兄弟倆認為要建造一架飛行機器,有三個主要的障礙:(1)如何製造升力;(2)如何獲得驅動飛機飛行的動力;(3)在飛機升空之後,如何平衡以及操縱飛機。前兩個問題在某種程度上已經獲得解決。

最初兄弟倆努力製造全尺寸的滑翔機,接連四個夏天,他們前往北卡羅來納州旅行,目的地是個與世隔離的岬角。氣象部門向他們建議,岬角風力大,是有利的練習場。之後不久,他們製作了第一架無人駕駛雙翼滑翔機,把它象風箏一樣放上了天。他們又在飛機的前面安裝了升降舵,也就是一種擺動舵,可以用來操縱橫軸。

萊特兄弟在公眾面前的形象始終是一體的,他們共享發明成果和榮譽。細心的傳記作者James Tobin發現威爾伯1899-1900年寫的“我的”機器和“我的”計畫之後全部由第一人稱單數改成了複數的“我們”和“我們的”,他說“很難想像奧維爾這么聰明出眾的人是以何種力量成功的,從俄亥俄州一個小店到和資本家、總統們商議,奧維爾做到了,他從始至終都是位領導者。”

1900年10月的一個傍晚,威爾伯·萊特趴在易碎的滑翔機骨架上,迎著海風飄了起來,他成功了。雖然這只是幾秒鐘的飛行,只有1米多高,但萊特兄弟的成就超過了試圖靠移動身體重量操縱飛行的李林達爾。第二年,兄弟倆在上次製作的基礎上,經過多次改進,又製成了一架滑翔機。這年秋天,他們又來到基蒂霍克海邊,一試驗,飛行高度一下子達到180米之高。

1900—1903年,他們製造了3架滑翔機並進行了1000多次滑翔飛行,還自製了200多個不同的機翼進行了上千次風洞實驗,修正了李林達爾的一些錯誤的飛行數據,設計出了較大升力的機翼截面形狀。在此期間,他們的滑翔機多次滑翔距離超過1000米。在當時看來,這可是不小的成就。經過不斷鑽研,不斷改進,萊特兄弟不僅迅速掌握了當時的飛行器製造技術,而且在許多方面取得了重大突破。 從1903年夏季開始,萊特兄弟著手製造這架著名的“飛行者一號”雙翼機。動力飛行首先需要一台發動機,但當時市面上根本沒有飛機的發動機出售,也沒有一家公司願意冒險製造航空發動機。但是兄弟倆並沒有氣餒,他們請了機械師查爾斯?泰勒(Charles?Taylor)來幫他們製造了一台大約12馬力、重77.2千克的活塞式發動機。有了發動機,威爾伯和奧利弗只盼著多風的秋季能早日到來。10月中旬,“飛行者一號”組裝完畢,奧維爾對新飛行器非常滿意,“這是我們迄今為止造得最好的一架飛機。‘她’非常聽話。” 奧維爾的感情不難理解,“飛行者一號”的每一根“肋條”都是他們親手製作而成。

奇蹟發生在1903年12月17日。

這天清晨,美國北卡羅萊納州的基蒂霍克還在沉睡,天氣寒冷,刮著大風,空曠的沙灘上靜靜地停放著一個帶著巨大雙翼的怪傢伙,這就是人類歷史上第一架飛機——“飛行者一號”。空曠的場地上冷冷清清,到現場觀看的只有5個人。10時35分,一切準備就緒。為了能夠率先登機試飛,兄弟倆決定以擲硬幣的方式確定誰先登機,結果弟弟奧維爾贏了。

歷史性照片:世界上第一架飛機首飛成功 歷史性照片:世界上第一架飛機首飛成功

奧維爾爬上“飛行者一號”的下機翼,俯臥於操縱桿後面的位置上,手中緊緊握著木製操縱桿,威爾伯則開動發動機並推動它滑行。飛機在發動機的作用下先是劇烈震動,幾秒鐘後便在自身動力的推動下從“斬魔丘”上緩緩滑下,在飛機達到一定速度後,威爾伯鬆開手,飛機象小鳥一樣離地飛上了天空。雖然“飛行者一號”飛得很不平穩,甚至有點跌跌撞撞,但是它畢竟在空中飛行了12秒共36.5米,才落在沙灘上。接著,他們又輪換著進行了3次飛行。在當天的最後一次飛行中,威爾伯在30千米的風速下,用59秒飛了260米。人們夢寐以求的載人空中持續動力飛行終於成功了!不幸的是,幾分鐘後,一陣突然刮來的狂風把“飛行者”1號掀翻了,飛機嚴重損壞,但它已經完成了歷史使命。人類動力航空史就此拉開了帷幕。

然而,令人遺憾的是萊特兄弟的成功並沒有立即得到美國政府和公眾的重視與承認,人們甚至懷疑這一訊息的真實性,大多數報紙都拒絕報導。

兩位偉人長眠

1911年,威爾伯染上了傷寒,去世時年僅44歲。奧維爾性格靦腆,不善於拋頭露面,三年後他把公司賣給了紐約的一個金融家,自己則在位於戴頓的一所住宅里度過了後半生。1948年,當這位77歲的飛機發明者即將離開人世時,仍然嚮往著高飛藍天。1947 年的冬天,氣候異常的寒冷。奧維爾大部分時間是臥病在床。

許多朋友聞訊而來。

奧維爾經醫生盡心診治,但畢竟已有 77 歲的高齡,終於在 1948 年 1 月 30 日與世長辭。

航空界一顆巨星殞落了。美國舉國上下一片悲哀,許多國家懸掛半旗誌哀。人們深深地懷念這位航空史上偉大的先驅者和發明家!

研究歷程

“飛行者一號”是一架雙翼飛機,它的兩個推進螺鏇槳分別安裝在飛行員位置的兩側,由單台發動機鏈式傳動。操縱系統採用升降舵在前、方向舵在後的鴨式布局,這也正是萊特兄弟對航空事業的最偉大的貢獻所在。李林達爾必須移動自己的身體,靠改變重心來操縱飛行器飛行,而“飛行者一號”的飛行員則通過機械裝置使整個翼尖捲曲來達到同樣的目的。飛機的爬升和俯衝依靠安裝在飛機前部的一對雙翼升降舵;一對方向舵與機翼捲曲機構互相連線在一起,安裝在駕駛員身後。現代飛機轉彎和做機動動作的主要部件都可以從這第一架飛機上找到,儘管它是那么原始。

“飛行者一號”再沒有重返藍天,它目前被珍藏在美國華盛頓國家航空航天博物館內。

萊特兄弟用玻璃底片記錄下了當年的嘗試,這些珍貴的歷史照片現由美國國會圖書館收藏。

1897年,奧維爾和鄰居、兒時夥伴埃德溫-錫尼斯在萊特自行店後面銼機架。

1900年10月10日,在萊特兄弟的一次飛行試驗中,他們的滑翔機在山上墜毀。大風是滑翔機墜毀的原因,圖為滑翔機殘骸。

1901年下半年萊特兄弟於製造了世界上第一個能對模型機翼進行準確試驗的風洞,用兩個多月時間使用風洞進行了 200 多次各種類型翼面試驗,取得了一整套科學數據,並根據這些數據設計出飛機。

在反覆進行滑翔試驗中,萊特兄弟發現氣壓中心側轉的現象——彎曲的翼面氣壓中心並不總是像平翼面承受的氣壓中心一樣往一個方向移動。這一重大發現與許多科技書籍的論點相違背——科學家們已經獲得的關於大氣對機翼壓力的數據竟然有許多是不正確的

1902年9月19日,威爾伯-萊特和助手丹-泰特將這架1902年的滑翔機當風箏一樣放飛。10月2日,在北卡羅來納州的小鷹鎮,萊特兄弟試飛滑翔機。左邊的威爾伯扶住滑翔機的一端,奧維爾俯臥在飛機上,丹-泰特扶住飛機的另一端。10月10日,威爾伯-萊特駕駛著一架標準滑翔機從美國北卡羅來納州小鷹鎮基蒂霍克的一片沙丘上俯衝而下,飛機共飛行了36米,留空12秒。 10月24日,在2號山上,威爾伯駕駛著滑翔機向右轉彎,滑翔機的右翼擦著地面飛過。

1903年12月14日,在小鷹鎮的一次不成功的試飛後,威爾伯-萊特俯臥在受損的“萊特飛行者”的控制台上進行研究。12月17日,“飛行者”1號進行試飛,第一次飛行由奧維爾駕駛,共飛行了36米,留空12秒。威爾伯在旁邊跟著跑,幫助平衡飛機,圖中他剛剛放開滑翔機右翼。“飛行者1號”建成,這架飛機是萊特兄弟設計的第一架依靠自身動力進行載人飛行的飛機。飛行者一號是一架普通的雙翼機,它的兩個推進螺鏇槳分別安裝在飛行員位置的兩側,由單台發動機鏈式傳動。

1904年,萊特兄弟製造了裝配有新型發動機的第二架“飛行者”,在代頓附近的霍夫曼草原進行試飛,最長的持續飛行時間超過了5分鐘,飛行距離達4.4千米。

1905年9月29日,俄亥俄州代頓附近的霍夫曼草原,第41次飛行,奧維爾向左飛行,高度為18米。

1905年的萊特滑翔機經過改裝,飛行員可以坐著駕駛,且安裝了一個乘客座位。圖為1908年,在魔丘,經過改裝的滑翔機準備飛行。

1908年9月17日,在維吉尼亞州的梅爾堡,美國陸軍通信兵匆忙前往飛機失事地點,尋找駕駛員奧維爾-萊特和中尉托馬斯-塞爾弗里奇,後者是軍隊觀察員,也是此次飛行的乘客。飛行在示範飛行中墜毀,托馬斯中尉受傷身亡,這是軍事飛機史上的首個死亡案例。這次事故導致奧維爾左腿骨折、斷了四根肋骨。經過治療與恢復,奧維爾又重新投入到他熱愛的航空事業中。

1909年,威爾伯-萊特在紐約進行了33分鐘的長途飛行。威爾伯從總督島出發,飛約哈德森河,到達格蘭特將軍墓後返航。幾十萬紐約居民觀看了此次飛行壯舉。2月15日,法國波城,萊特兄弟和妹妹凱薩琳-萊特一起。萊特小姐將嘗試人生的第一次飛行。7月,在維吉尼亞州的梅爾堡,奧維爾-萊特向美國軍隊進行展示飛行。萊特兄弟將滑翔機出售給美國陸軍航空部。

1911年,萊特滑翔機特寫,滑翔機有駕駛員和乘客座位。

1939年8月19日,美國總統富蘭克林-羅斯福定為國家航空航天日,以紀念航空事業的發展。

2014年8月19日是航空先鋒奧維爾-萊特的生日。100多年前,奧維爾與兄長威爾伯一起發明了世界上第一架實用的固定翼飛機,並首次完成完全受控制、附機載外部動力、持續滯空不落地的飛行。

飛機發明專利

1904~1905年,萊特兄弟又相繼製造了“飛行者2號”和“飛行者3號”。1904年5月26日,“飛行者2號”進行了第一次試飛。1905年10月5日,“飛行者3”號進行了一次時間最長的試飛,飛了38.6千米,留空時間最長達38分鐘——這說明萊特兄弟的飛機已經較好地解決了平衡和操縱問題。1906年,萊特兄弟在美國的飛機專利申請得到承認。

航空商業事業

然而,所有這些仍沒有引起新聞界的真正重視,他們將這一發明在馬廄里存放了兩年。最終還是美國軍方意識到了它的強大潛力。1908年初,當萊特兄弟製造第6架飛機成功之際,美國陸軍部表示願意觀看他們的一次飛行表演。此時,法國也願意購買他們的專利。 1908年8月8日,在法國巴黎附近的勒芒賽馬場,威爾伯駕駛“萊特A型”飛機圍著賽馬場在空中飛行了一分半鐘,飛行高度為10米,令在場觀眾驚嘆不已。這個訊息很快通過電報傳到了世界各地。《倫敦每日鏡報》驚呼那架飛機是“迄今製造的最神奇的飛行器”。此後,威爾伯又做過幾次飛行,其中有一次,他把法國經紀人的夫人也帶上飛機,在空中飛行了2分零3秒——法國沸騰了。一時間,頒獎、授勳絡繹不絕。歐洲一些企業家,也開始爭相購買他的專利。整個8月,威爾伯在法國進行了100多次飛行表演,在歐洲掀起了航空熱潮。

同時,在美國情況也十分理想:奧維爾在美國邁耶堡閱兵場周圍飛行了55圈,創造了連續飛行1小時的世界飛行紀錄。奧維爾還做了從維吉尼亞州邁爾斯堡起飛、穿越華盛頓波托馬克河的飛行表演,擁擠不堪的人群為之歡呼雀躍。

1908年,萊特兄弟在巴黎、倫敦和華盛頓贏得了很多榮譽,美國總統塔夫脫稱讚“這對傑出的美國兄弟全身心地投入了飛機製造事業”。至此,萊特兄弟聲名大振。

1909年3月,美國陸軍部正式向萊特兄弟訂貨。萊特兄弟在飛機上增加了專為瞭望員和機槍手準備的特別座位,為飛機套用于軍事奠定了基礎。1909年7月30日,萊特兄弟向陸軍部交付了第一架軍用飛機。他們還幫助訓練了第一批軍事飛行員。這架飛機現陳列在華盛頓的國家航空航天博物館。

接著,許多國家的政府也開始飛機的研製。萊特兄弟於是組建了萊特飛機公司(即萊特公司),並簽訂了在法國建立飛機公司的契約。但是作為生意人,他們很快發現自己在市場開發上缺乏經驗。飛機設計方面的競爭對手很快“參考”了他們的技術,對手們製造的飛機在性能上很快走在了他們的前面。

後世影響

不管在萊特兄弟之前有過多少關於飛行,實驗及成功的報導,毫無疑問,萊特兄弟對飛機發明的貢獻最大。在評價他們兩個人時,首先考慮的是飛機本身所具有的重要意義。誠然,飛機的發明不如印刷術或蒸汽機那么重要,因為後兩者完全改變了人類的生存方式。但由於飛機既可用於戰爭又可用於和平,所以此項發明同樣具有重要意義。近百年來,飛機使我們生存的巨大星球縮小成為一個小小的世界。此外,萊特兄弟載人飛行的成功,奠定了今天宇宙航行的基礎。

幾百年來,人們夢想能飛上天空。但實際上,他們認為阿拉丁所乘坐的“飛毯”只是一個不可能在現實世界中存在的夢想。但萊特兄弟的天才創造,把人類過去的夢想從神話變成了現實。

萊特兄弟獎章

創辦時間:1924年

主辦單位:美國自動工程師協會航空工程分會

獎項介紹:萊特兄弟獎章由美國自動工程師協會航空工程分會於1924年設立,用來獎勵航空工程領域最佳論文的作者,授獎範圍包括空氣動力學、結構理論、飛機或太空飛行器的研究、製造及駕駛等方面。參選論文必須是上一年間在航空工程分會或下屬機構的會議上提交的論文,如果切合上述授獎主題的參選論文都不符合評選條件,這一獎章也可授與航空航天其它主題範圍的最佳論文,評選論文的主要標準是它在學術上的創新性。所有在航空工程分會會議召開之前提交的論文都作為參選論文進行評選,獲獎者獲得一次獎之後要經過三年才有資格重新獲獎。

萊特兄弟獎章以維爾伯·萊特和奧維爾·萊特兩兄弟的姓氏命名,是為了紀念他們對航空事業作出的巨大貢獻。萊特兄弟是美國飛機發明家,他們從小就懷有翱翔天空的理想,為了實現這一理想,他們一方面學習理論,一方面努力實踐,進行了多次小型風洞試驗和近千次飛行試驗,終於在1903年設計、製成用內燃機作動力、木料作骨架、帆布作機翼的有人駕駛雙翼飛機。同年12月17日,萊特兄弟駕駛自己製作的飛機試飛成功,雖然飛行時間不過59秒,距離只有260米,但作為世界上第一架動力飛機在航空史上留下了不可磨滅的一頁。萊特兄弟也因此被譽為飛機之父。

以萊特兄弟命名的獎還有美國航空航天學會設立的“萊特兄弟航空學講座”(Wright Brothers Lectureship in Aeronautics)和英國皇家航空學會設立的“萊特兄弟紀念演講”(Wibur and Orvile Wright memorial Lecture),這兩項獎都是讓獲獎人發表航空學方面的演講,通過這種方式對獲獎人授予榮譽,同時也讓與會者分享他的技術成果。萊特兄弟航空學講座還頒發一枚獎章和一份獎狀。

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