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科技史上的今天 | 1907·11·13從“竹蜻蜓”到人類歷史上第一架直升機(jī)

直升機(jī)，是人們飛向藍(lán)天，實(shí)現(xiàn)飛行夢想的重要工具。在古代，就有先人開始研究如何飛行，最早的直升機(jī)設(shè)計(jì)思想就起源于我國古代。

1907年8月，法國發(fā)明家保羅·科爾尼研制出一架全尺寸載人直升機(jī)，并在同年11月13日試飛成功。這架直升機(jī)被稱為“人類第一架直升機(jī)”。這架名為“飛行自行車”的直升機(jī)不僅靠自身動力完成了垂直升空，而且還連續(xù)飛行了20秒鐘，實(shí)現(xiàn)了自由飛行。

◆人類歷史上的第一架直升機(jī)

1907年11月13日，世界上第一架有人駕駛的直升機(jī)試飛成功。隨著它的升空，該機(jī)的設(shè)計(jì)者保羅·科爾尼的名字被后世所牢記。科爾尼作為偉大航空先驅(qū)這一名號是后人“加封”的，1907年他嘗試飛行時，身份還是自行車修理工，與未出道的萊特兄弟是同行。在11月13日那一天，科爾尼駕駛這架直升機(jī)進(jìn)行了多次試飛，最好的一次，曾在1米以上的高度保持留空20秒，這是相當(dāng)了不起的成績，也被視為直升機(jī)技術(shù)發(fā)展史上一座輝煌的里程碑。

科爾尼的直升機(jī)主體結(jié)構(gòu)為一根V形鋼管，機(jī)身由V形鋼管和6個鋼管構(gòu)成的星形件組成，前后各配置一副旋翼。發(fā)動機(jī)（24馬力的8缸活塞發(fā)動機(jī)）和飛行員位于機(jī)體中部。發(fā)動機(jī)的動力通過兩根皮帶分別傳遞到前后旋翼，驅(qū)動它們以相反的方向旋轉(zhuǎn)，這樣可以抵消彼此產(chǎn)生的反扭矩，保持機(jī)身穩(wěn)定。

科爾尼在控制問題上動了不少腦筋。他通過鋼索控制兩副旋翼的槳距（也就是槳葉相對于水平面的傾斜角度）來控制總升力的大小，這一點(diǎn)與后來的現(xiàn)代直升機(jī)如出一轍。直升機(jī)前后各有一片可以控制偏轉(zhuǎn)的控制面，科爾尼希望它們可以引導(dǎo)旋翼的下洗氣流，從而實(shí)現(xiàn)直升機(jī)的轉(zhuǎn)向。

通過試驗(yàn)，科爾尼發(fā)現(xiàn)自己設(shè)計(jì)的操縱系統(tǒng)效果并不好，無法實(shí)現(xiàn)有效的可控飛行，當(dāng)時又找不到更好的解決方案，不久他就放棄了這一設(shè)計(jì)。不過，科爾尼的嘗試仍然值得紀(jì)念。2007年，法國航空航天博物館專門制作了一架科爾尼直升機(jī)復(fù)制品，陳列在館里供人參觀。

◆中國竹蜻蜓為直升機(jī)發(fā)明提供了啟示

中國的竹蜻蜓和意大利人達(dá)·芬奇的直升機(jī)草圖，為現(xiàn)代直升機(jī)的發(fā)明提供了啟示，指出了正確的思維方向，它們被公認(rèn)是直升機(jī)發(fā)展史的起點(diǎn)。

竹蜻蜓又叫飛螺旋和“中國陀螺”，這是我們祖先的奇特發(fā)明。有人認(rèn)為，中國在公元前400年就有了竹蜻蜓，另一種比較保守的估計(jì)是在明代（公元1400年左右）。這種叫竹蜻蜓的民間玩具，一直流傳到現(xiàn)在。

現(xiàn)代直升機(jī)盡管比竹蜻蜓復(fù)雜千萬倍，但其飛行原理卻與竹蜻蜓有相似之處。現(xiàn)代直升機(jī)的旋翼就好像竹蜻蜓的葉片，旋翼軸就像竹蜻蜓的那根細(xì)竹棍兒，帶動旋翼的發(fā)動機(jī)就好像我們用力搓竹棍兒的雙手。竹蜻蜓的葉片前面圓鈍，后面尖銳，上表面比較圓拱，下表面比較平直。當(dāng)氣流經(jīng)過圓拱的上表面時，其流速快而壓力小；當(dāng)氣流經(jīng)過平直的下表面時，其流速慢而壓力大。于是上下表面之間形成了一個壓力差，便產(chǎn)生了向上的升力。當(dāng)升力大于它本身的重量時，竹蜻蜓就會騰空而起。直升機(jī)旋翼產(chǎn)生升力的道理與竹蜻蜓是相同的。

意大利人達(dá)·芬奇在1483年提出了直升機(jī)的設(shè)想并繪制了草圖。

19世紀(jì)末，人們在意大利米蘭圖書館發(fā)現(xiàn)了達(dá)·芬奇在1475年畫的一張關(guān)于直升機(jī)的想象圖。這是一個用上漿亞麻布制成的巨大螺旋體，看上去好像一個巨大的螺絲釘。它以彈簧為動力旋轉(zhuǎn)，當(dāng)達(dá)到一定轉(zhuǎn)速時，就會把機(jī)體帶到空中。駕駛員站在底盤上，拉動鋼絲繩，以改變飛行方向。西方人認(rèn)為，這是最早的直升機(jī)設(shè)計(jì)藍(lán)圖。

◆世界第一架具有正常操縱性的直升機(jī)

1936年，德國福克公司在對早期直升機(jī)進(jìn)行多方面改進(jìn)之后，公開展示了自己制造的FW-61直升機(jī)，1年后該機(jī)創(chuàng)造了多項(xiàng)世界紀(jì)錄。這架直升機(jī)被直升機(jī)界認(rèn)為是世界上第一架真正意義上試飛成功的直升機(jī)。

FW-61直升機(jī)是一架機(jī)身類似固定翼飛機(jī)，但沒有固定機(jī)翼的大型雙旋翼橫列式直升機(jī)，它的兩副旋翼用兩組粗大的金屬架分別向右上方和左上方支起，兩副旋翼水平安裝在支架頂部。槳葉平面形狀是尖削的，用揮舞鉸和擺振鉸連接到槳轂上，用自動傾斜器使旋翼旋轉(zhuǎn)平面傾斜進(jìn)行縱向操縱，通過兩副旋翼朝不同方向傾斜實(shí)現(xiàn)偏航操縱。

FW-61的動力裝置是一臺功率140馬力的活塞發(fā)動機(jī)。這是世界上第一架具有正常操縱性的直升機(jī)。該機(jī)時速100-120公里，航程200公里，起飛重量953公斤。

綜合自《環(huán)球低空》、中國科學(xué)院物理所