人们的交通速度不断在提升,人类的脚步不断在前进,人们将目光放到了天空中,飞机出现了,卫星出现了,火箭也出现了,人类用自己的智慧丈量着大地天空,现在让我们去看看那些先驱者关于交通与飞翔的故事。
瓦特与蒸汽机
詹姆斯·瓦特,1736年1月19日生于苏格兰林诺克市的一个木匠家里。在教会学校读书时,瓦特最喜欢物理和数学,他的物理和数学成绩之佳和其他科目成绩之差的巨大反差,詹姆斯·瓦特使许多老师和同学们感到吃惊。瓦特的父亲十分崇拜牛顿,在家里挂着牛顿的画像,这使瓦特从小就萌生找机会接受高等教育,做个牛顿那样的人的愿望。
1763年,这已经是瓦特到格拉斯哥大学担任大学机械技师的第六个年头了。这次,格拉斯哥大学从伦敦买回一台纽康门蒸汽机模型供演示实验用,但经常运转不灵。瓦特受安塔逊教授的委托,修理这台纽康门气压蒸汽机模型。
安塔逊教授之所以心急火燎地从伦敦赶回来,就是因为他忘记告诉瓦特使用模型的准确时间了。在格拉斯哥大学,耽误了上课可不是闹着玩儿的。
在接触纽康门蒸汽机模型之前,瓦特对有关蒸汽机的知识知道的并不多。只是在两年前,他曾用帕平研制的蒸汽锅协助布莱克教授进行过高压蒸汽实验。蒸汽机模型一运到实验准备室,好奇心使从小就是机械迷的瓦特跃跃欲试,没等安塔逊教授吩咐,就立即着手拆装和修理它了。半个多月来,蒸汽机迷住了瓦特,使他达到废寝忘食的地步。
晚上,瓦特躺在格拉斯哥城郊大学公寓里,久久不能入睡,满脑子都是纽康门蒸汽机。他拧亮了煤气灯,拿起白天从图书馆收集来的有关蒸汽机的资料,仔细地阅读,又开始琢磨起来……早在公元100年左右,埃及的亚历山大城有一位学者希罗,制造了一种按照喷射反作用原理运作的蒸汽发动机雏形。第一部活塞式蒸汽机是1690年由法国人帕平在德国发明的。他是第一个指出了蒸汽机的工作循环的人,为以后活塞式蒸汽机的发展开辟了道路。
17世纪末,随着矿产品需求量的增大,矿井越挖越深,英国的许多矿井遇到了严重的积水问题。当时一般只有靠马力转动辘轳来排除积水。针对这一情况,英国皇家工程队的军事工程师塞维利大尉研制了蒸汽泵。这是一种没有活塞的蒸汽机,尽管该机燃料消耗很大,也很不经济,但它是人类历史上能实际应用的第一部蒸汽机。
1705年,英国一个铁匠纽康门,综合了前人的技术成就,设计制成了一种更为实用的气压式蒸汽机。它实现了用蒸汽推动活塞做一上一下的直线运动,每分钟往返12次。每往返一次可将455升水提高到466米。当时的纽康门蒸汽机主要用于深矿井排水。
然而,纽康门蒸汽机有重大的缺陷,它不仅效率低,做功时需要大量的燃煤,而且只能做简单的往复运动。所以,其使用范围受到限制。人们渴望获得新型的蒸汽机。
瓦特边看边琢磨,越琢磨越睡不着觉了。平素他犟脾气一上来,非马上问个究竟,可以几夜不睡。今晚,也不知是他第几次发犟脾气了,看来,为了弄清这台蒸汽机的工作原理,他又要开夜车了。
第二天,瓦特立即着手工作。首先,他开始研究纽康门蒸汽机的动作方式,分解其动作步骤。锅炉产生的蒸汽进入汽缸内,活塞被压起。接着通过向汽缸内喷水、冷却,使蒸汽凝缩,制成真空。这样,施加在活塞上的大气压将其压下,与活塞杆相连接的泵的活塞被拉起,就可以从矿坑内吸上水来。瓦特注意到,在蒸汽机锅炉里产生的蒸汽量,只够活塞几次工作所用,然后,机器需要等候锅炉将蒸汽积蓄起来,才能开始重新工作。通过进一步观察研究,瓦特又发现,用蒸汽加热汽缸,再用水冷却,是不合理的。汽缸由热变冷,再由冷变热需耗费很多时间。
怎样才能保持汽缸的原有热量,还能使蒸汽凝缩呢?瓦特苦苦地思索这一问题,很长时间得不到答案。这使他茶饭不思,打不起精神来。
格拉斯哥大学校门外,左边是一大片绿草如茵的平地,右边是一个波平如镜的小湖。一天,瓦特漫步在草坪上,不时地把目光投在天空中远去的白云,若有所思。突然一个奇异的想法涌上他的脑际。这个想法仿佛是打开问题的钥匙,好像是上帝给他送来了及时雨似的。瓦特豁然开朗了。蒸汽是有弹性的物体,所以,可以使其进入真空。如果将汽缸和排气容器相连接的话,蒸汽就可以进入容器内,无需再冷却汽缸,蒸汽就可以冷缩,同样完成纽康门蒸汽机的工作。
经历多次实验和修改,问题终于解决了。蒸汽并不需要直接在汽缸里凝聚,而是在与汽缸相连接的另一个容器里凝聚。瓦特发明了冷凝器,在科技发展史上奠定了蒸汽机实用化的坚实基础。不久,他又设想将汽缸两端加盖封闭起来,就可以实现蒸汽机的二冲程运动。将二冲程直线运动转变成循环圆周运动,就容易多了。巧妙的设想为瓦特打开了走向成功的大门。
在瓦特时代,英国的工业界还很少有人能够按着比较复杂的机器图纸,准确无误地加工各种机器部件,甚至连加工时需用的机床也还不很精确。按照瓦特设想制造的蒸汽机样机以失败告终,这使得瓦特一贫如洗。瓦特为了完成自己的设计几乎变卖了所有值钱的东西。
瓦特遭到了多次失败,并没有灰心气馁,他顶着许多人的嘲笑,为完善自己的发明继续孜孜不倦地工作着。
一天,通过好友布莱克教授的介绍,瓦特结识了发明镗床的威尔金森技师。这位技师为瓦特苦心钻研精神所感动,他决定帮助瓦特,用他拿手的镗炮筒的技术来为瓦特加工汽缸和活塞,解决了蒸汽机的漏气问题。瓦特距离胜利的顶峰更近了。威尔金森加工的汽缸和活塞可谓无与伦比,它使瓦特又越过了一道技术难关,终于制成了第一台新型蒸汽机样机,运行正常,达到设计的要求,获得了一致的好评。
瓦特并没有满足取得的成绩,不久又投入了新的研制工作。这需要他解决许多技术难题,又要吃苦了。不久,瓦特又找到了一个重要的合作者威廉·默多克,这更使瓦特如虎添翼,研制进度骤然加快。默多克是一个高级机械加工技师,什么东西到了他的手里,都会变成你所想要的样子。他既能解决技术难题,又富有很强的进取心,常常为了工作而忘记一切。
那是1785年,圣诞节的晚上。格拉斯哥城到处都沉浸在节日的气氛里。瓦特心里却惦记着尚未完工的蒸汽机,跑到了试验车间。穿过工厂院子时,瓦特看到车间窗子透出的灯光。原来是车间主任默多克在加班。默多克工作认真,从来不愿拖延工作,即使在圣诞节也不例外。他到工厂加班是为了连夜加工安装伦敦抽水站的机器零件。
两个人很快就结束了工作,度过了一个奇异的圣诞节。这时,瓦特又走到制图板前面。
“请过来,默多克!”
默多克走近制图板。
瓦特画了个汽缸。
“我想使蒸汽从两端进去推动活塞,从上面关闭汽缸,并把蒸汽输送到这里。对此您是怎么看的呢?”
默多克没做声。瓦特接着又往下画。
“现在汽缸活塞是上下直线运动,我想通过连在大轮上的一个轴改变直线运动。瞧,就是这样!用这样的方法我们可以变直线运动为循环运动。大轮的惯性推动活塞通过死点,就是这儿。”他演示着,“您看如何,默多克?”他又接着问。
“就是说需要做一个新样机。”默多克回答。
“毫无疑问。”瓦特用肯定的语气回答。他又接着问:“什么时候开始?”
“立刻。”默多克回答很干脆。
“立刻……那好吧,立刻。”瓦特兴奋得语无伦次。
瓦特以狂热的激情投身于工作。他浇铸铜锭、锻造铜件、为汽缸钻孔,接着又车活塞、轴和轴承。原来设计的机器还未竣工,新的样机又开始投入研制,这就是瓦特的性格。
默多克也忙个不停,把炉火烧旺,擦净铸件,开动车床,站在他身旁的瓦特感到吃惊:身材魁梧的默多克竟然能干出最精细、准确的小活儿。一旦投入工作就始终不渝,这是默多克的脾气。
4个星期之后,新样机以崭新的面目和人们见面了,就等待试车了。一切就绪以后,瓦特用他那只因激动而颤抖的手,缓缓地拧开了通向蒸汽机的导气阀。工作状况正常,一切达到预期的效果。瓦特和默多克四只沾满油泥、乌黑的手紧紧握在了一起,成功的喜悦鼓舞了瓦特和默多克。
随即,瓦特又开始向带自动调速器的蒸汽机进军。他一心想彻底完善他的蒸汽机。瓦特从来不愿意说空话,只是默默地工作。机器的所有重要部件他都要亲自参与制造。他既是设计师,又是翻砂工;既是车工,又是钳工。每一道工序和每一个细节,都留下了瓦特的辛劳和汗水。
默多克领着十多个格拉斯哥技术最好的工人,同瓦特一起工作。瓦特的研制工作,吸引了格拉斯哥的能工巧匠。默多克把他们组成了攻无不克的加工小队。
经过一年多的顽强努力,机器逐渐安装好了。
终于,瓦特拧好了最后一个螺母,接着干脆把扳手扔到一旁。然后,长长地吸进了一口气,又徐徐地吐了出来。
“哎,默多克,要是我们现在有蒸汽那该多好啊,那我们就可以当场试验这台机器了。”
“有蒸汽。”
“现在,深更半夜?”
“是的,只要点上火,不消一刻钟我们就会得到所需要的蒸汽压力。”
沉默寡言的默多克说完,带着几个工人走了。静悄悄的车间里,瓦特独自一人面对着机器陷入了回忆的思绪之中。他回想起生养他的苏格兰林诺克小镇,想起爸爸繁忙的造船小工场,想起在机械加工专家摩根门下的学徒生活,更想起妻子米拉的热心支持和鼓励……不大一会,默多克回来了。
“詹姆斯,一切都准备就绪了。试车吧!”
瓦特又一次把手放在进气阀门的刹把上。此刻,他倒觉得有些胆怯了。假如此时上帝有意要和他的蒸汽机作对,假如设计中有错误而被忽略了,假如汽缸壁和调速轮等部件上出现难以发现的裂纹,那该如何是好呢?一时间,一向果断、刚毅的瓦特显得有些缩手缩脚了。
现在,只要转动阀门的刹把,高压的蒸汽就会猛力地冲入汽缸。要么失败,要么成功,瓦特想了许多。最后,瓦特还是坚定地转动了阀门手柄。随着一阵震耳欲聋的巨大声响,高压蒸汽进入了汽缸。透过气缸缝隙冒出的吱吱作响的气雾,瓦特凝视着铁青脸色的默多克。工人们也屏住了呼吸。几分钟之后,蒸汽笼罩了整个机器和试验车间,灯光更加显得暗淡微弱了……瓦特觉得他的心简直快要跳到嗓子眼了。
机器依旧纹丝不动。
透过气雾,他看见默多克双手在调整调速轮。终于,活塞开始上下缓慢地运动了,吱吱声中断了,接着活塞开始加速运动。通过曲柄和连杆的作用,一进一退的直线运动正在变成缓慢而平稳的转动。
瓦特僵直地钉在地上,嘴里像是被棉花堵住了似的,吐不出来又咽不下去。瓦特双手创造出来的机器倒把他自己给迷住了。默多克想用手使劲将调速轮刹住,但是轮子却把他的手推向一旁。他急了,使出全身的力气再加上几个身强力壮的工人,也做不到这一点。
瓦特革新的蒸汽机“这就是力量!”他大声地叫道。瓦特兴奋地点了点头。工人们欢呼起来,叫喊着跑出了车间。
“比水的力量大,它还可以加大,到处都可以用它。我想,有一天人们可以把机器安在马车上,不必套上马。车子就可以跑起来;或者将它安在航船上,逆风无帆,船儿也能漂洋过海,遍游四方。但是,我认为,它可以大大地减轻工人的劳动,给他们带来更多的闲暇时间。对此,你认为怎么样,默多克?”
“到那时,全世界就会变得更美好,亲爱的詹姆斯。这不正是你一直所希望的吗!”
两位老朋友幸福地畅谈着未来,憧憬着蒸汽机将给人类带来的益处。这时,太阳已悄悄地露出了笑脸,仿佛也在祝福这一对科学开拓者。从此,一个震撼文明世界的“蒸汽时代”开始了。知识点蒸汽时代工业革命于18世纪60年代首先从英国开始,大量向外扩展则在19世纪初。因此,从宏观的角度分析,世界近代史的第二个时期——蒸汽时代起于19世纪初,止于19世纪70年代的第二次工业革命。在这个时期,资本主义的机器大革命开始出现,资本主义的世界体系开始初步确立。一种新的动力机器:蒸汽机的发明和应用,将人类带入了蒸汽时代。
汽车发展史
汽车自19世纪末诞生以来,已经走过了风风雨雨的100多年。从卡尔·本茨造出的第一辆三轮汽车以18千米/小时的速度,跑到现在,竟然诞生了从速度为零到加速到100千米/小时只需要3秒钟多一点的超级跑车。这100年,汽车发展的速度是如此惊人!同时,汽车工业也造就了多位巨人,他们一手创建了通用、福特、丰田、本田这样一些在世界经济中举足轻重的著名公司。
汽车同其他现代高级复杂工具如电子计算机一样,并非是哪一个人坐在那里就发明了的,发明之初的汽车也不是现在这个式样。如果你能见到当时的汽车,你也可能认为这不是汽车呢。汽车的发展也有一个漫长的历程,总的说来,汽车发展史可以分为蒸汽机发明前、蒸汽汽车的问世、大量流水生产汽车开始等三个阶段。
人类最初的工作劳动完全是由人类本身来完成,根本没有什么汽车和发动机,如果说有的话,在未使用牛和马之前使用的是人体这台发动机。奴隶就是一种“生物发动机”。随着人类的进步与发展,人们对自然界的认识越来越深,利用自然、改造自然的能力日益加强,人们不仅使用人力、畜力,而且知道使用水力、风力。
在1705年,纽可门首次发明了不依靠人和动物来做功而是靠机械来做功的实用化蒸汽机。这种蒸汽机用于驱动机械,便产生了划时代的第一次工业革命。随着蒸汽驱动的机械即汽车的诞生,人类社会中便拉开了永无休止的汽车发展的序幕。
蒸汽汽车1769年,法国人N·J·居纽制造了世界上第一辆蒸汽驱动三轮汽车。到1804年,脱威迪克又设计并制造了一辆蒸汽汽车,这辆汽车还拉着10吨重的货物在铁路上行驶了157千米。
1831年,美国的哥德史沃奇·勒将一台蒸汽汽车投入运输,相距15千米格斯特夏和切罗腾哈姆之间便出现了有规律的运输服务,这台运输车走完全程约需45分钟。此后的3年内,伦敦街头也出现了蒸汽驱动公共汽车。当这个笨重的怪物在英国城镇奔跑时,曾引起了很大的骚动。说起来,这种车比现在的筑路用的压道机还重,速度又低,常常撞坏未经铺修的路面,引起各种事故。市民们当时曾呼吁取缔这种汽车。为此英国制订了所谓的“红旗法规”,具有讽刺意味的是,由于这条法规的实施,使得英国后来在制造汽车的起步上大大落后于其他工业国家。
由于蒸汽汽车本身又笨又重,乘坐蒸汽汽车又热又脏,为了改进这种发动机,艾提力·雷诺在1800年制造了一种与燃料在外部燃烧的蒸汽机(即外燃机)所不同的发动机,让燃料在发动机内部燃烧,人们后来称这类发动机为内燃机。
1876年康特·尼古扎·奥托又发明了对进入汽缸的空气和汽油混合物先进行压缩,然后点火,提高了发动机效率。这种发动机具有进气、压缩、做功、排气四个行程,为了纪念奥托的发明,人们把这种循环称为奥托循环。
1879年德国工程师卡尔·本茨,首次试验成功一台二冲程试验性发动机。1883年10月,他创立了“本茨公司和莱茵煤气发动机厂”,1885年他在曼海姆制成了第一辆本茨专利机动车,该车为三轮汽车,采用一台两冲程单缸09马力(1马力约为735瓦)的汽油机,此车具备了现代汽车的一些基本特点,如火花点火、水冷循环、钢管车架、钢板弹簧悬架、后轮驱动、前轮转向和制动手把等。
与此同时,在1893年就与威廉·迈巴特合作制成了第一台高速汽油试验性发动机的德国人戴姆勒又在迈巴特的协助下,又于1886年在巴特坎施塔特制成了世界上第一辆“无马之车”。该车是在买来的一辆四轮“美国马车”上装用他们制造的功率为11马力,转速为650转/分的发动机后,该车以18千米/小时的当时所谓“令人窒息”的速度从斯图加特驶向康斯塔特,世界上第一辆汽油发动机驱动的四轮汽车就此诞生了。实际使用表明,此车使用良好。第二年本茨第一次把三轮汽车卖给了一个法国巴黎人,由于这种三轮汽车设计可靠,选材和制造精细,受到了好评,销路日广。
世界上第一辆汽车已成无价之宝由于上述原因,人们一般都把1886年作为汽车元年,也有些学者把卡尔·本茨制成第一辆三轮汽车之年(1885年),视为汽车诞生年。本茨和戴姆勒则被尊为汽车工业的鼻祖。这是汽车发展史上的第二件大事。
需要说明的是,那时的汽车司机必须是勇敢、机智的机械修理工,在许多场合下他不得不“从汽车内爬出或爬到汽车下”或者到乡下铁匠那儿去修车,所以一般人是望车莫及的。尽管如此,坐在极为嘈杂和震动非常厉害的机械上,不仅要饱受路人的嘲笑和日晒雨淋,而且全然没有今日司机的舒适和气派,况且马车手认为汽车抢占了他们的生意,当汽车与马车并行时,他们常常扬起皮鞭抽打汽车司机。
进入20世纪以后,汽车不仅仅是欧洲人的天下了,特别是亨利·福特在1908年10月开始出售著名的“T”型车时,这种车产量增长惊人,短短19年,就生产了1500万辆。此间的1913年福特汽车公司还首次推出了流水装配线的作业方式,使汽车成本大跌,汽车价格低廉,不仅仅是贵族和有钱人的豪华奢侈品了,而开始逐渐成为大众化的商品。也是此时开始,美国汽车成为世界宠儿,福特公司也因此成为名副其实的汽车王国。所以,人们说,汽车发明于欧洲,但获得大发展那是在20世纪30年代的美国。福特采用流水作业生产汽车,在汽车发展史上树起了第三块里程碑。
短短几年时间,汽车已经从一种实验性的发明转变为关联产业最广、工业技术波及效果最大的综合性工业。因此,汽车工业的发展不仅依赖于汽车行业本身的技术进步,而且也取决于汽车工业应用这些技术的投资能力和世界汽车市场的投放容量,两者相互影响并受到整个经济形势的发展,及人们对环境要求和能源及原材料供应、意外变化及国家政策等的影响。例如第一次世界大战表明了汽车运输的机动性,而且还培训了不少驾驶军用卡车的驾驶员,他们中的很多人还学习到了一些汽车机械技术,于是战后汽车买卖兴隆。在美国,汽车制造商和附件的供应商全负荷生产仍不能满足要求的迅猛增长。汽车价格几倍于战前。但时隔不久由于经济萧条,汽车高需求即宣告结束。
到了第二次世界大战后,在英国,汽车的需求量比第一次世界大战后更高,几乎生产多少就可售出多少。大战中的美国发了横财,战后的美国工业越发兴旺,汽车生产在世界上始终处于遥遥领先的地位。汽车、钢铁、建筑这三大工业曾被誉为美国的“三大支柱”,而汽车工业更是美国工业骄傲的象征,长期以来,他们一直以研究豪华汽车为主。但当1973年首次发生石油危机时,美国汽车工业便受到很大的冲击,而日本似乎对此早有察觉,他们大量研制生产的是小型节油汽车,结果终于在1980年把美国赶下了“汽车王国”的宝座,取而代之。
日本真可谓“后起之秀”。当历史进入20世纪,日本才出现第一部汽车,几年后日本人才开始研制汽车。但谁又能料到1925年才第一次出口汽车(向我国上海)的日本,60年后竟然出口汽车达6400万辆,登上了汽车王国的宝座。这件事引起了全世界的广泛关注,成为汽车发展史上一个特大新闻。当然美国也绝不会就此罢休,到底鹿死谁手还很难预料。未来的汽车市场仍是世界市场中竞争最为激烈的市场。有人以美国汽车之王通用汽车公司为例,它平均每15分钟用于汽车生产的投资就高达180万美元,这真是令人惊讶的数字。因此,人们预料在将来,只有资金庞大的汽车公司才能有这样的投资能力,不过由于有政府等各界支持,未来汽车舞台也不是大公司唱独角戏,中小型汽车公司也会有很大的发展。
为了占领未来的汽车市场,如今已有许多公司把各种先进技术和装备,如微型电子计算机、无线电通讯、卫星导航等等新技术、新设备和新方法、新材料广泛应用于汽车工业中,汽车正在走向自动化和电子化。有了卫星导航系统,汽车可接收交通卫星的通信资料,确定汽车所在位置,从而自动提供最优行车路线,并且显示出交通图;汽车的雷达系统可以把障碍物的距离和大小告诉给驾驶员,这样停车就更容易;而语言感知系统可以用图、表和声音告诉驾驶人员汽车的各个部位情况,此外还可按“音”行事,执行驾驶有关指令等等。另外汽车的能耗,排放废气、噪声和污染等公害也日将减少,安全性、使用方便性将日益提高,即使再次发生石油危机,汽车工业也不会受到很大的影响。专家们认为,汽车是当前世界最主要的交通工具,在将来它仍然是世界上的主要交通工具,别的任何交通工具都不可能完全把汽车取代。知识点亨利·福特亨利·福特,美国汽车工程师与企业家,福特汽车公司的建立者,于1903年创立福特汽车公司。1908年福特汽车公司生产出世界上第一辆属于普通百姓的汽车——T型车,世界汽车工业革命就此开始。他也是世界上第一位使用流水线大批量生产汽车的人。1913年,福特汽车公司又开发出了世界上第一条流水线,这一创举使T型车一共达到了1500万辆,缔造了一个至今仍未被打破的世界纪录。它不但革命了工业生产方式,而且对现代社会和文化起了巨大的影响,因此有一些社会理论学家将这一段经济和社会历史称为“福特主义”。福特先生为此被尊为“为世界装上轮子”的人。
富尔顿与轮船
富尔顿富尔顿1765年出生在美国宾夕法尼亚州小不列颠的一个农场里。父亲是一个穷裁缝,从英国流落到此地。由于家庭生活贫困,富尔顿一入学就不得不一边读书,一边到机器铺做工。17岁时,他离开家到费城独立生活。一边学习绘画,一边在一家机器厂工作。1786年,他赴英深造,一边工作,一边自修,勤奋学习了高等数学、化学、物理学以及法文、德文、意大利文等。
富尔顿从小时候起就有两个爱好。一是酷爱绘画,刚到青年时期就成了颇有名气的画家。在英国,他以绘画艺术结识了瓦特、波尔顿等一批工程师,并和他们交了朋友。二是酷爱发明创造,他从少年时起,就一直幻想制造出一种不用人力和风力便能在水上行驶的船。
他长大以后,更是幻想造船。他在工作之余,绘制许多张船、桨轮、机器的草图,准备一有机会就实现自己的美好理想。不久,富尔顿来到了法国巴黎,他想争取法国政府的经费支持。但是法国政府并不相信富尔顿的“天方夜谭”,并不支持他建造轮船。但是,富尔顿的热情并没有因此而减退。
富尔顿拿起画笔开始作画。他知道在这个崇高艺术的都市里,画是很吸引人的。他根据以往人们对室内天穹内画的巨幅全景画的偏爱,决定画全景画。
几个月过去了,一幅构思新颖、色彩鲜明、线条清晰的莫斯科大火的巨幅全景画,展现在巴黎市民的眼前,一下子便轰动全城,人们争先恐后前来观赏。
富尔顿从门票收入中,凑够了试制轮船的经费。他做梦也没有想到,他的绘画艺术竟会帮助他完成造船事业。
3年过去了,经过精心设计、反复试验研制,终于有了成果。虽然富尔顿没有制成轮船,但是他在1800年6月制成了“鹦鹉螺号”潜艇。这是一艘用人力带动螺旋桨的木制潜水艇。
虽然这艘人力潜艇并没有给法国海军带来实质性的帮助,但是它却使富尔顿向成功迈进了一大步。
随后,富尔顿开始尝试用蒸汽机来推动船舶前进。在船上安装蒸汽机并不是一件容易的事,需要解决一系列复杂的技术问题。富尔顿首先把设计出来的蒸汽轮船做成模型,然后进行模型试验。每次试验都详细记录了各种技术数据,然后制成表格比较。这中间,他经历了许多次的失败,但他从不灰心失望。
两年过去,他终于掌握了船的吨位与动力大小的比例,船身的长度与宽度的比例,以及桨轮大小等问题,设计出实用的蒸汽轮船的图纸。
富尔顿拿着自己设计的图纸,找到了当时法国的统治者拿破仑。可惜的是拿破仑并不欣赏富尔顿的发明,反而把他臭骂了一顿。拿破仑的谩骂并没有动摇富尔顿建造蒸汽轮船的决心。他率领工人们在塞纳河边开始造船。
1803年8月9日,富尔顿终于建造了一艘长70英尺(1英尺约为3048厘米)、宽8英尺、吃水3英尺的船,船的两侧各安装一只大桨轮。富尔顿把借来的一台5880瓦的蒸汽机安装在船上,并装上铜汽锅。富尔顿迫不及待地点火试航。
蒸汽机的活塞来回运动了,桨轮转起来了,轮船动起来了!轮船迎着奔腾而来的河水缓缓行驶,速度与人步行的速度差不多。虽然没有达到理想指标,但富尔顿和工人们十分高兴,这毕竟是自己亲手造的第一艘轮船。
富尔顿还没有高兴完,一件意想不到的事发生了。就在这天晚上,一场特大的暴风雨袭击了巴黎城。狂风呼啸着扑向塞纳河,河水掀起巨浪,巨浪把船拦腰折成两段,轮船一瞬间就沉入河底。
早上风平浪息,富尔顿站在河边望着滔滔的河水,想着自己多方奔走,受尽欺侮,用汗水铸成的轮船却毁于一旦,痛苦地流下了眼泪。
很快他就清醒过来:蒸汽机是借来的,必须还给人家。他带着工人,一次次地潜入水中,寻找掉进河中的蒸汽机。河岸上围了一大群人,他们伸长了脖子在那里看热闹。
“摸到了!”一个工人从水中钻出来后大喊着。
富尔顿把绳子迅速抛了过去,几个工人又同时钻入水中……连续打捞一昼夜,他们终于从河底捞上了那台又重又大的机器。
富尔顿抚摸着蒸汽机,眼睛一黑,一头栽倒在地上,昏过去了。他一病就是好几个星期。病好之后,身体再也没有以前那样健康,他开始衰老了。
失败沉重地打击了富尔顿,但他没有倒下,没灰心。病好之后,他又继续带领工人造船。
经费使他陷入困境,这时,却发生了一件意想不到的好事。罗伯特·利文斯顿是美国出色的外交家和国务活动家、富有的农场主。他也有着和富尔顿一样的造船梦,但是他自己对造船却一窍不通。1803年,利文斯顿被任命为驻法国公使,携全家来到巴黎。他虽然远离华盛顿,但是心里老是惦记着造船的事。他听说有个美国人在巴黎建造了潜艇,还要研制蒸汽轮船,就派人请富尔顿来见他。
利文斯顿和富尔顿一见如故。利文斯顿不仅招富尔顿做了自己的女婿,还非常支持他造船的研究。富尔顿绝处逢生,既有了终生伴侣,又解除了经济上的后顾之忧。从此,他更埋头于蒸汽轮船的研制工作。
随后,富尔顿在瓦特的帮助下,开始夜以继日地研制蒸汽机。1805年,经过一年多的艰苦努力,适合于轮船使用的蒸汽机制造成功。
不久,富尔顿带着制好了的蒸汽机回到了美国纽约,继续他的造船事业。
两年后,一艘崭新的轮船下水了。它长150英尺、宽13英尺、吃水2英尺,船体两侧各有一个大水车式的轮子,船头和船尾都成60度角,船中央装着蒸汽机。
这艘轮船就是后来名扬四海的“克莱蒙特号”。
纽约居民从来没有见过这样的船,议论纷纷。有的奇怪,有的怀疑,有的讽刺,有的嘲笑,说什么的都有。
“这是什么船?没有橹,没有挂帆的桅杆。”一个人问。
“你不知道,它叫‘富尔顿的蠢物’。”其他几个人答道。
“造这船的人也太傻了,没有橹和帆,船怎么能前进?”
“听说船上安了蒸汽机。”
“别提了,船上有蒸汽机不假,可是你知道它是用什么东西做成的吗?”
“是用英国的铜币熔造的,所以,肯定要翻船。”
“听说在法国就翻过几次船,这次可有好戏看了。”
对这些冷嘲热讽,富尔顿毫不介意,他专心致志地做试航准备。
1807年8月17日,“克莱蒙特号”轮船要在哈得逊河上进行试航。富尔顿邀请各界人士前来观赏。同时贴出布告,欢迎大家前往观光。
这一天,骄阳似火,天气又闷又热。哈得逊河边人山人海,熙熙攘攘。人们举伞挥扇,翘首张望,注视着河中的“富尔顿的蠢物”。
10点整,富尔顿领着绅士、教授、学者、妇女和儿童等40人,登上了“克莱蒙特号”轮船。他先是领着大家绕船一周,参观了轮船的各个部位,并把轮船的性能、特点和作用向大家一一作了介绍,然后请贵宾坐进特设的船舱。
随着富尔顿“开船”一声令下,顿时机声大作,烟囱里吐出浓浓的黑烟,大桨轮迅速转动起来,桨片拍打着河水,浪花飞溅。“克莱蒙特号”轮船缓缓离开码头,然后以4英里(1英里约为161千米/小时)的速度前进。
一见轮船启动,河岸上的人先是吃惊,随后就爆发出欢呼声和鼓掌声。年轻的小伙子和儿童,沿着岸边追赶着“克莱蒙特号”。
富尔顿时代的蒸汽轮船然而轮船驶出半英里,突然发生故障,桨轮不转动了。船上的贵宾们慌了:难道真的要出事!他们惊恐的双眼直盯着富尔顿。
富尔顿却镇定自如,说了声:“大家不要紧张,很快就会修好的。”说完话后把外衣一脱,带领工人进行抢修。
岸上还没有离去的观众看见船停住了,以为出事了,有的担心,有的害怕,还有的幸灾乐祸。一人指着轮船说:
“你看,‘富尔顿的蠢物’不行了吧,我早知道如此。”
他的话音还未落地,“克莱蒙特号”又前进了。原来富尔顿已查明了原因,排除了故障。船上的人都松了一口气。
第二天傍晚,“克莱蒙特号”轮船顺利到达阿尔巴尼城,航行了32小时,运行150英里。这个距离,即使赶上顺风顺水的帆船也要走48小时。
“克莱蒙特号”受到了阿尔巴尼城居民的热烈欢迎。“富尔顿的蠢物”终于胜利了!船上船下的人们热情地向富尔顿祝贺,富尔顿高兴得眼中充满了泪花。
试航成功后,从纽约到阿尔巴尼城的定期航线就固定下来了。“克莱蒙特号”轮船从此就担负着这条航线运送旅客的任务。
1808年,富尔顿又建造了两艘轮船“海神之车号”和“典型号”。这两艘轮船的性能更加完备,逆风逆水的航行时速达6英里。
1809年,富尔顿组织轮船公司,大量吸收资金,建造各种蒸汽轮船。
富尔顿建造的蒸汽轮船受到美国海军的热烈欢迎。他们请富尔顿设计制造战舰和快艇。一天,富尔顿在一艘战舰的甲板上忙碌着。突然狂风暴雨降临了,富尔顿被浇得浑身湿透,不幸得了肺炎,不久就离开了人间。这一天是1815年2月24日。海军官兵为他举行了隆重的国葬仪式。
富尔顿一生设计、制造了17艘轮船。
现在,美国把富尔顿的故乡宾夕法尼亚州的小不列颠县命名为“富尔顿县”,用以纪念这位“轮船之父”。知识点拿破仑人称奇迹创造者,法国近代资产阶级军事家、政治家、数学家。法兰西共和国第一执政,法兰西第一帝国皇帝,意大利国王,莱茵联邦保护人,瑞士联邦仲裁者。曾经征服和占领过西欧和中欧的广大领土。拿破仑是公认的战争之神,是欧洲历史上最伟大的四大军事统帅之一(亚历山大大帝,凯撒大帝,汉尼拔,拿破仑),一生中指挥大大小小一共60多场战役,要比历史上亚历山大大帝,凯撒大帝,汉尼拔,苏沃洛夫,这些名将所指挥的战役总和还要多,拿破仑成为欧洲不可一世的霸主,成为与凯撒大帝、亚历山大大帝齐名的拿破仑大帝。
斯蒂芬逊与火车的故事
英国维拉蒙特·塔茵,有一所专为煤矿矿工子弟创办的夜校,招收七八岁的儿童。一天,一位18岁的小伙子不在乎孩子们好奇而带讥笑的眼光,毅然决然地走进了夜校大门,和比他矮半截的小同学坐在一起,认真地听课。
他就是后来被人们称为“火车之父”的发明家乔治·斯蒂芬逊。斯蒂芬逊斯蒂芬逊1781年6月8日出生于英国维拉蒙特·塔茵一个贫苦的矿工家庭。清贫困苦的家庭无力支持他上学读书。8岁那年,为了帮助家里维持生活,他不得不到矿井干活。斯蒂芬逊心灵手巧,又十分勤勉。刚满14岁就被一位操纵纽康门式气压蒸汽机的技工看中,选他当了自己的助手,干些擦拭机器和保管蒸汽机零件的杂活。天天跟蒸汽机打交道,使他对蒸汽机的构造、性能逐渐熟悉。终日在煤矿干活,他对运煤的劳累和艰辛更有切身的感受。
斯蒂芬逊的文化知识低得可怜,常因识字太少而造成过失。他认识到无论干什么工作,都需要知识。所以,他以18岁的年龄入夜校学习,读书、写字和学习打算盘。凭着坚韧不拔的毅力,斯蒂芬逊硬是摘掉了文盲的帽子。斯蒂芬逊自夜校毕业以后,养成了自学的好习惯,此后阅读了大量的科技书籍,掌握了必不可少的数理化知识。那时,英国人瓦特已经制成了具有实际意义的蒸汽机。经过近半个世纪的改进、完善,蒸汽机已普及化了。
斯蒂芬逊跋涉750多千米路,专程到瓦特的故乡苏格兰的格拉斯哥去做工,目的是深入研究蒸汽机的构造、性能和原理。仅一年时间他便成了小有名气的蒸汽机维修技师。1803年,他担任了基林格沃斯矿山的主任技师。斯蒂芬逊为矿山引进各种机械,并改进了一些采矿机械。他为工友们搬运矿石所用的矿车,铺设了铁皮轨道,使搬运工作既简便又省力。工友们称他为“机械博士”。1812年,斯蒂芬逊被任命为基林格沃斯矿山的技师长。他拥有一定的职权,这为他研究发明各种机械,提供了极大的方便。
自从担任技师长之后,斯蒂芬逊把全部精力全用在研制蒸汽机车上了。一天,他查看了他所收集的全部资料。那上面详尽地记载着当时研制蒸汽机车的情况。
当瓦特研制成旋转式蒸汽机时,就憧憬着有朝一日能安在马车上,以代替驭马拉车。1791年,最早试图把蒸汽机用在新的陆路运输工具上的尝试,是另一位英国矿山技师理查德·特莱维茨克做的。经过多年努力,他较好地解决了蒸汽机小型化、轨道稳固、汽缸排气、锅炉通风等一系列技术性问题。1804年,特莱维茨克最先制造出铁轨用机车。这是一台单一汽缸蒸汽机车,能牵引五辆车厢,载10吨铁和70个人,能以时速4千米的速度行驶。然而,这台机车经常发生零件损坏、断轨、出轨等事故。最终,特莱维茨克失去了信心,放弃了研究。
不久,人们认识到特莱维茨克蒸汽机车事故频繁的原因,主要是铁轨打滑造成的。1812年,英国技师布雷金苏和穆雷二人,改进了特莱维茨克的“火车”。他们先在两条铁轨中间加一条带齿的铁轨,又在机车腹部相应地安装一个转动的齿轮,以防止铁轨打滑。但仍以失败告终。
那时,很多人都在考虑用蒸汽动力取代马力,实现陆路运输工具蒸汽化。法国的居奥特、英国的穆阿及马德克、美国的埃旺斯等人,都在潜心研究这个问题。
斯蒂芬逊掌握了这些信息之后决心开展蒸汽机车方面的研究,发挥自己的专长和技术优势。1813年,为了解决从坑口到贮煤场的运煤问题,他制造了第一台移动机械——“布鲁海尔”,这是一架蒸汽机推进器。1814年,33岁的斯蒂芬逊改进了“布鲁海尔”,使它成为具有两个汽缸的蒸汽机车。它的时速达到7千米,可以在坡道上行驶,载煤30吨。煤矿老板看到斯蒂芬逊的研究成果有利可图,决定投入大笔资金支持他研制新的蒸汽机车。1815年,斯蒂芬逊制造出第二台搬运车,这是斯蒂芬逊根据特莱维茨克机车改制的。1816年,他制造了第三台运煤车,这是斯蒂芬逊的一项创造。他独自发明了装在机车外部外连杆连接车轮的传动方式,从而增加了机车的牵引力。自此他成了蒸汽动力移动机械专家。
从1814年到1825年,斯蒂芬逊为各地矿山制造了55台采矿机械,其中16台是蒸汽机车。当时的英国采矿业迫切需要蒸汽机车,特别是从煤炭产地将煤炭运到海港,装船发往各地,更需要机车。
达林顿号称英国的煤都。堆积如山的煤炭运不出去,只能靠重载马车一车车拉到海港斯托敦。有人建议说,修筑马车用的铁路。经过协商,运煤公司决定聘请斯蒂芬逊担任这项工程的总工程师。
这是一条供马车行驶的“铁路”。按照传统设计,只需在优良木轨外包上铁皮。在斯蒂芬逊的坚持下,他们第一次采用生铁铸成的铁轨。这一创举给以后蒸汽机车行驶带来了意想不到的奇效。
由于越来越多的矿山、工厂需要蒸汽运输机车,1823年斯蒂芬逊与两个出资者建立了世界上第一家机车制造厂。当时,英国各地矿山和工厂,已经广泛地使用了斯蒂芬逊制造的蒸汽机车。但它们都是短距离的,而且速度缓慢。
能不能让蒸汽机车以更快的速度长距离地运送客人和货物呢?斯蒂芬逊认为理论上是可行的。在一次试车中,由于车上螺栓被震松,从而酿成翻车事故,引起了社会舆论的注意。反对蒸汽机车的人借此提出责难。这迫使斯蒂芬逊对蒸汽机进行改进。为了减少蒸汽机汽缸排气的噪声,他用导气管把废气引入烟囱。这样不仅减小了噪声,还加快了炉内的空气循环,使煤燃烧更旺,增强了机车的牵引力。另外,斯蒂芬逊为了减小震动带来的不利后果,在蒸汽机车上添加了许多减震弹簧及其他部件……斯蒂芬逊发明的火车1825年,经过斯蒂芬逊的多方游说,英国官方同意他在斯托敦与达林敦之间长达40千米的商业铁路上,做长距离试车。9月27日,他制造的“旅行1号”蒸汽机车,牵引30多辆货车和客车,运载旅客600多人,成功地在斯托敦与达林敦之间行驶了33千米。为了安全起见,政府专门派人骑马举旗在火车前引路。
1829年,政府同意铺设利物浦——曼彻斯特之间的铁路。为了挑选最好的牵引机车,事先举行了试车比赛。通过报纸的宣传,1万多名观众观看了这场罕见的机车比赛。
比赛那天,莱茵希尔人山人海,有3台披红挂绿的蒸汽机车整装待发。其中,斯蒂芬逊亲自驾驶的是“火箭号”。
四通八达的铁路网这台“火箭号”机车,装有法国发明家马尔科·泽克安设计的新式水管式锅炉。它运载13吨货物,以24千米/小时左右的速度行驶了100千米。时速、性能超过了另外两台机车,取得了优胜。
从此,人们不再怀疑蒸汽机车的性能了。在英国,出现了铁路建设热。到19世纪40年代,主要铁路干线大都建成。19世纪末,世界铁路通车里程已经发展到65万千米。20世纪20年代铁路通车里程又翻了一番,达到127万千米。工业发达国家基本上形成了铁路网。
斯蒂芬逊蒸汽机车在结构上,当然是现代蒸汽机车的雏形。现代蒸汽机车上所有的部件,都能从这个雏形中找到它的原始印记。斯蒂芬逊一直从事铁路建设、机车制造工作,直至逝世。由于他对蒸汽机车的杰出贡献,被后人称为“火车之父”。
莱特兄弟与飞机
1903年12月17日,这是一个寒冷的冬日。在美国北卡罗来纳州基蒂霍克的一片荒地上,寒气袭人,朔风四起,天空布满浓云。莱特兄弟俩设计制造的“飞行者号”飞机,就要当众试飞了。
前几天,莱特兄弟在许多公共场所贴出了飞机试飞的海报,他们希望向更多的人展示自己多年来含辛茹苦制造的飞机。此时,他们热切地期待着观众们的到来,可惜观众只来了五位。“等一等,再等一等”,然而仍然是那可怜的五名观众,他们不论是因为好奇,还是关心飞机试飞,总之,他们侥幸地成为幸运的观众,成为有史以来亲眼目睹飞机升空的第一批历史见证人。
试飞时间到了,莱特兄弟决定不再等了。弟弟奥维尔坐进了飞机上的座椅,哥哥维尔伯启动了汽油机,随着一阵震耳欲聋的轰鸣声,“飞行者号”徐徐飞离了荒地。1米,2米……维尔伯的心吊在了嗓子眼,嘴里数着数。在12秒内,“飞行者号”摇摇晃晃地飞行了大约35米的距离,飞机轮子超出地面1米。
莱特兄弟“成功了!”“飞行者号”的轮子刚刚落地,五名观众和莱特兄弟便欢呼起来。维尔伯大哥紧紧拥抱了弟弟。眼睛里噙着激动和喜悦的泪花。虽然这次试飞的滞空时间很短,飞行高度低得可怜,飞行距离近得很,但它确是人类第一次实现机器动力飞行,打破了比空气重的机器不能飞行的断言,从而开辟了人类航空科学技术的新纪元。莱特兄弟的试飞成功,实现了人类依靠机器动力飞上天空的梦想。
莱特兄弟是美国俄亥俄州丹顿人。维尔伯·莱特1867年生,比弟弟大四岁。在儿童时代,兄弟俩就是形影不离的好朋友,同起同坐,同止同行。幼年时,父亲送给他俩一架会飞的竹蜻蜓,兄弟俩爱不释手,仿制了几架,都成功地飞上了天空。哥哥善于动手,弟弟善于动脑,二人合作,相得益彰,相辅相成,左邻右舍无不钦慕。
由于莱特家中贫困,莱特兄弟俩失去了接受高等教育的机会,只能依靠修理当时刚刚在美国兴起的自行车维持生计。在修理自行车的同时,兄弟俩经常阅读、讨论有关飞行的报道和文献,关注着滑翔机研究的每一项进展。虽然莱特兄弟文化水平不高,但他们能够刻苦自学,不怕吃苦,善于钻研,逐步掌握了飞行的基本理论。
经过多年的努力,莱特兄弟成功地制成了当时世界上最先进的滑翔机。从1900年到1902年,莱特兄弟先后进行了1000多次滑翔飞行实验,获得了大量的宝贵数据。小奥维尔还在飞行中成功地实现了倾斜滑行、空中转弯等难度很大的驾驶动作,这在当时被人们视为“冒着生命危险”的飞行动作。根据新的实验和发现,莱特兄弟在1902年制成装有活动方向舵的滑翔机。
莱特兄弟深深懂得,光依靠无动力滑翔是不可能征服天空的,必须依靠动力才能完成真正意义上的飞行。飞机的动力依靠什么呢?他们首先把目光落在了蒸汽机上。可是,当时再精巧的蒸汽机安装在滑翔机上也显得是庞然大物,根本不可能做到。他们就把研究方向转向了当时刚刚兴起的内燃机上。
从1885年德国人戴姆勒按奥托内燃机原理,研制成四冲程汽油机之后,本茨将汽油机用于汽车,形成了汽车工业。汽油机在汽车工业的推动下起步,由于航空工业的需要而取得了更大的发展。19世纪80~90年代,汽油机的转速约为500~800转/分,20世纪初提高到1000~1500转/分,它具有安装在飞机上的可能性。
1903年初,莱特兄弟在取得了大量滑翔飞行经验和数据之后,大胆计划往滑翔机上安装当时最先进的汽油活塞发动机。然而,他们两人对汽油机的知识几乎等于零,只好白手起家,一切从头学起。他们买来一台废弃的汽油机,卸下来再装上去,装上去再卸下来,最后总算可以使用汽油机了。但对于安放多大的发动机合适,他们不清楚;发动机的功率与飞机有什么关系,他们也不知道。一切都要依靠实验。
为了测量滑翔机的运载能力,莱特兄弟一次次地往滑翔机上装沙袋进行实验,最后总算弄清了他们制造的滑翔机最大载重不能超过90千克。也就是说安装在滑翔机上的发动机不能超过90千克。可是当时制造出来的最小的发动机,也有140千克重。没有合适的发动机就意味着永远只能滑翔飞行,怎么办?莱特兄弟又陷入了困境。
自近代科学技术诞生以来。人类从其中取得的伟大业绩主要可分为两个方面,一方面是从自然界中发现客观的规律,另一方面遵守规律创造自然界不存在的东西。莱特兄弟最大的乐趣就是从事从“无中创造有”的事业,没有合适的发动机,“自己研制”!兄弟俩很快又变成发动机制造商。20世纪初期,汽油机的制造是一门相当深奥的技术项目,莱特兄弟屡败屡起,以精卫填海般的坚定意志,从事着研制工作。就这样,他们终于感动了一位名叫狄拉尔的机械技师。
“你们兄弟俩都问汽油机的事,看来想抢我的饭碗喽,我肚子里的那点真货差不多被你们掏空了。”狄拉尔幽默地说。
“我们一定要制造出重量轻、马力大的汽油机,然后把它装在我们的滑翔机上。”
“小伙子们,你们的精神感动了我。如果你们不嫌弃我这个老头子,算我一个,怎么样?”狄拉尔其实并不老。
“太好了,狄拉尔大叔,这回飞机准会成功!”莱特兄弟几乎高兴得要把狄拉尔抬起来,抛向天空。
兄弟俩在狄拉尔技师的帮助下,经过许多曲折和艰辛,终于制造出了一部四个汽缸、12马力(1马力约为735瓦)、重70余千克的汽油发动机。接着,他们又试制了螺旋桨。当他们把一切安装就绪时,就等待机会进行试飞了。
仲秋时节,秋高气爽,万里无云,一个多么难得的试飞好天气呀。莱特兄弟心里十分高兴,看来胜利已经在向他们招手了。维尔伯转动螺旋桨,奥维尔启动汽油机,点火、给油、松开离合器,随即汽油机突突地运转起来,好兆头,飞机发动机启动十分成功。
螺旋桨呼呼地飞速旋转着,奥维尔缓慢地把油门加大,然后放开了飞机制动器。起飞,飞机缓缓地向前驶去,速度由慢变快。奥维尔想操纵飞机从滑行进入爬升状态,他把操纵杆拉到了尽头,可是飞机还在地上滑行。最后,这架不会飞的飞机撞到一个土堆上,停住了。试飞失败了,奥维尔失望地哭了起来。
“奥维尔弟弟,不要哭了。我们应该找到失败的原因!”大哥安慰着弟弟。
“什么失败的原因,我们永远不会成功。”
奥维尔是一个性格外露的人,容易感情冲动。参加试飞的狄拉尔却从试飞中看出了门道,他认为不能光从发动机减少重量一个方面考虑问题,飞机的自重也要减轻。经过发动机重量减轻和飞机自重减轻,飞机可以在瞬间离开地面飞行一段短短的距离了。
莱特兄弟发明的第一架飞机1903年11月末,一架用轻质木料为骨架、帆布为基本材料的双翼飞机终于竣工了,莱特兄弟把它命名为“飞行者号”。该机以双层机翼提供升力,活动方向舵可以操纵升降和左右盘旋,汽油发动机推动螺旋桨,驾驶者俯卧在下层主翼正中操纵飞机。1903年12月17日试飞成功,极大地鼓舞了莱特兄弟。
从此,莱特兄弟一边调试改造飞机,一边进行飞行表演,以扩大航空的社会影响,募集更多的研制资金。莱特兄弟在全国各地巡回表演他们的飞机和飞行,获得了很大的成功。
一转眼到了1908年,莱特兄弟的飞机性能已经有了很大的改进。这一年秋天,莱特兄弟应邀去法国进行飞行表演,创造了连续飞行2小时20分23秒的新纪录。
如今,航空事业已经高度发达,然而人们仍然牢记着莱特兄弟的功绩,他们的“飞行者号”被人们公认为世界上的第一架飞机。知识点滑翔机滑翔机是一种没有动力装置,重于空气的固定翼航空器。它可以由飞机拖曳起飞,也可用绞盘车或汽车牵引起飞,更初级的还可从高处的斜坡上下滑到空中。在无风情况下,滑翔机在下滑飞行中依靠自身重力的分量获得前进动力,这种损失高度的无动力下滑飞行称滑翔。在上升气流中,滑翔机可像老鹰展翅那样平飞或升高,通常称为翱翔。滑翔和翱翔是滑翔机的基本飞行方式。
人造卫星的诞生
第二次世界大战结束后,美国和前苏联拉开了一场和平竞赛,尤其是在火箭和宇航技术上的相互较量。这两个世界超级大国各自组织了一批科学家、高级工程技术人员参加的机构,开始暗暗地较上了劲。
科罗廖夫1955年7月29日,美国公开宣布:要在1957年的“国际地球物理年”发射人造卫星。
这时,前苏联的火箭总设计师谢尔盖·科罗廖夫,正殚精竭虑致力于航天技术的发展。当他从收音机里听到美国这一消息时,非常焦虑。他连夜赶写了一份关于加快研制前苏联人造地球卫星的计划,送给了当时的苏联领导人赫鲁晓夫。
前苏联政府很快批准了科罗廖夫的报告,加快了在哈萨克大草原建设卫星发射基地的步伐。科罗廖夫受命于非常时刻,他率领一批火箭专家、高级技术人员,开始了一场争分夺秒的战斗。
凭着渊博的火箭知识,科罗廖夫知道,要把人造卫星送入绕地球运行的轨道,必须具有足够推力的运载火箭。但是,他们当时只有单级火箭,而单级火箭的推力显然太小了。
怎么办?科罗廖夫苦苦思索着。如果这个问题解决不好,他们的计划也就无从实现了。突然,他想到了“宇航之父”齐奥尔科夫斯基,为什么不向他请教呢?
听完科罗廖夫的问题,齐奥尔科夫斯基陷入了沉思:单级火箭推力太小,那么双级、多级火箭呢?
“双级、多级火箭?”
“对!就像火车一样,一列火车可以有10节车厢,也可以有15节车厢,就看载客量大小而定。这火箭,是不是也来个‘列车’呢?”齐奥尔科夫斯基说。
科罗廖夫顿时豁然开朗,他根据齐奥尔科夫斯基“火箭列车”的设想,开始设计具有大推力的运载火箭。在研制过程中,他不断完善“火箭列车”的设想,提出串并联或并联的方式组成多级火箭或捆绑式火箭。
眨眼间,两年过去了,科罗廖夫的研制计划迎来了最关键的时刻。1957年10月4日夜晚,哈萨克大草原卫星发射基地上,一派紧张、激动的景象。卫星发射基地的中央,矗立着一枚巨大的两级火箭。在强烈的探照灯光照射下,它是那么的耀眼,就像一柄利剑,傲然指向神秘莫测的苍穹。
发射的时刻终于到来了。科罗廖夫缓缓稳步向前,亲手点燃了导火线,然后迅速撤入掩蔽部。
最后30秒、20秒、10秒……
人造卫星四周一片寂静,唯有导火线“哧哧”燃烧的声音,人们紧张得连大气也不敢喘。
5秒、4秒、3秒、2秒、1秒!
“轰”的一声巨响,在耀如白昼的火光中火箭冲天而起。
发射成功了!科罗廖夫和同伴们紧紧地拥抱在一起。
火箭载着世界第一颗人造地球卫星“斯普特尼克1号”,把这颗重836千克,带有两个无线电发射机的铝合金小球送入了地球轨道。
经过艰苦卓绝的努力,科罗廖夫终于了却了夙愿,抢在美国之前将人造地球卫星送上太空。从此,浩瀚的太空增加了一族新的成员———人造天体。
当科罗廖夫和同伴们收到这个小球上发射回来的无线电波时,他们无比激动地大声欢呼:“成功了!我们成功了!人类进入了宇宙航行时代!”
从火药火箭到航天火箭
人类在对自己飞行梦想的不断尝试中,一次次进行着飞行的尝试,随着科学技术的发展,人们逐渐认识到航空与航天的不同,航空飞行器不论飞机、气球还是飞艇都需要依靠空气的存在,没有了空气,所谓的飞行也就不可能实现。而航天之梦实现的最原始依据就是火箭,火箭的飞行利用了动力学中的动量守恒原理,它不但能在空气中飞行,还可以在大气层外的真空中飞行,而且由于没有了空气阻力,在真空中的飞行性能更好。通过不断的尝试,人们逐渐认识到要想进入太空,只有借助于喷气推进的火箭。
火箭的发明最早出现在中国。在中国古代的记载中,火箭的含义比较广泛,比如在电影电视中经常可以看到箭头点燃,靠弓弩发射的竹箭也称为火箭,而真正的火箭是在火药出现后才发明的。从唐末到宋初火药武器开始使用,但由于其配方和制作方法还处于初级阶段,所以不足以作为推进的燃料。随着火药配方和制造技术的进步,12世纪初研制成功了固体火药,并把它用于制造火器和焰火烟花,在使用这些火器与烟花特别是手持使用时,人们感到火药燃烧会产生很强的后坐力,于是有心人在这种启示下发明了新的火药玩具。大约12世纪末到13世纪初出现的玩具“穿天猴”可以说是真正意义上利用反作用原理的火箭,将这种原理的火箭作为武器使用具有相当的杀伤力,所以在战争中也开始频繁地使用它。
公元1127年南宋政权建立后,南宋、金和蒙古频繁交战,各方都使用了火器。1161年11月,金国侵略中原时,南宋军队第一次使用了火箭武器——“霹雳炮”重挫金军,这是人类历史第一次在战场上使用火箭武器。连年的交战使火箭技术逐渐被金和蒙古所掌握,于是当时各方兵工厂的一个重要内容就是火药制造,在这种情况下火药的配方有所改进,制造工艺渐趋成熟,其燃烧速度和爆炸力也得到增强。13世纪蒙古在先后三次的大举西征中,采用了南宋的火器技术,用汉人工匠制造大炮。当时蒙古大军在欧洲战场使用的火箭已有多箭齐发的火箭筒,这种集束式火箭发挥了绝大的威力,使欧洲人大为吃惊。当然在这几次西征中,阿拉伯人从中掌握了火药和火箭的技术,并进一步把它传入了西方。
明代中国火箭发展进入了一个比较重要的时期,出现了很多种类的火箭,除了单级火箭,还发展了各种集束火箭、火箭弹和原始的多级火箭,并且对各种火箭的制造、应用、配备和发射剂原料配比及加工制造等都作了详尽地叙述。在当时的水、步、骑兵中,火箭武器已作为必备的武器,甚至还有专门的火箭部队,有关火箭武器的使用、布阵、作战技术和管理也都有条例规定。明代的《武备志》中曾有过这些火箭的记载。
明代的火箭虽然种类繁多,但发展主要体现在火箭样式的更新上,有关火箭的尺寸、规格、装药剂量、发射距离方面却少有讨论。而在火箭的稳定方面,仍然是传统的箭杆加羽毛方式,精度不能得到显著的提高,这就使火箭的尺寸和射程难以提高。进入清代,火箭虽然也有一定的发展,但其发展基本停留在原地。一方面是因为长时间的和平以及封建君主所推行的封闭政策所影响,但从技术的发展来看,主要还是缺少相应科学知识的指导。纵观中国古代火箭技术的发展过程,所走的基本是经验式的道路,没有对火药的燃烧机理,火箭的推进原理,箭羽的稳定原理等问题进行深入的研究,而仍局限于用阴阳五行说来解释爆炸原理,这就使得火箭技术难以出现改进。
而火箭技术在13世纪传入阿拉伯国家后,又逐渐传入欧洲。意、法、德、波、英、俄等国都先后掌握了火箭技术。尤其出于战争的需要,这些国家在使用火箭的过程中,深入研究火药配比,火箭形状、大小及稳定装置和火箭材料,在这些方面进行了重大改进。很快,欧洲的火箭在重量、射程和精度等方面就超过了中国火箭。公元18世纪初,波兰就已生产出了重达227千克甚至544千克的大型火箭,德国也试验了多种带导向杆的重达454千克的火箭。
但有趣的是,正如火箭没有在它的故乡中国得到发展一样,对欧洲近代火箭技术发展产生巨大影响的不是欧洲那些较早使用火箭武器的国家,而是英国。这里不能不提及的就是威廉姆·康格里夫研制的火箭,而实际上“康格里夫火箭”并不是欧洲大陆火箭技术发展的必然结果,也很少受到其影响,主要借鉴的却是印度的火箭技术。
英国人康格里夫1793年毕业于剑桥大学,是学文科的,由于其父经营英国皇家兵工厂的影响,他对兵工机械怀有浓厚兴趣,因此后来便弃文习武,进入这家兵工厂,并且开始在英国士兵从印度带回的火箭资料的基础上,研究改进火箭的速度和射程。经过几年的探索,1805年,康格里夫采用新型火药制造出了一种实用的火箭,重145千克,箭长106米,直径01米,并且装了一根46米长的平衡杆,射程可达1800米。这种火箭在英国击败拿破仑军队的战争中建立了卓著的战功。由于康格里夫在火箭方面做出的贡献,英国政府于1814年授予他爵位荣誉,并在1817年被选为议会议员。然而,康格里夫火箭还未能解决制导和控制问题,精度较差。1844年,英国的威廉·霍尔发明了一种自旋稳定器,并用来对康格里夫火箭进行改进。虽然与现代火箭相比,这些火箭都十分简陋,应用也不广泛,但它们的出现却为现代火箭的诞生奏响了序曲。
康格里夫研制的火箭在射程、精度及稳定方式上都作了改进,其性能已经近乎达到了火药火箭的极限。由于其巨大的杀伤力,使各国纷纷开始重视火箭的研究和使用。此后,战争火箭的另一项重大进步就是稳定性的提高。19世纪中叶英国的发明家威廉姆·黑尔在火箭的尾部装上三只倾斜的稳定螺旋板,当火箭发射时由于空气动力的作用使火箭自身旋转从而达到稳定。到第二次世界大战为止,火药火箭的发展已臻于完善。它的基本结构是由装有火药的火箭筒,中间装有发射药作为推进剂,头部装有高爆炸药和引信,尾部为喷口,另外采用尾部稳定翼起稳定作用,在发射装置上采用发射架或发射筒。比较著名的就是前苏联的火箭炮——喀秋莎。
其实,上面所提到的火箭和现在我们所说的火箭并不是一回事。上面提到的火箭其实是火药火箭。但是火药火箭的工作原理和现在的固体燃料火箭是一样的,以火药燃烧产生推力。
火箭火药火箭是第一种实用的反作用推进装置,虽然有许多局限证明它不是理想的太空运载工具,但它的基本原理却完全适用于航天运载工具的需要,这样运用火箭作为宇宙航行基本运载工具的想法在先驱者脑中逐步酝酿。后来液体燃料火箭出现,进一步为航天推进器的实现提供了可靠的技术保证,也让航天先驱者看到了使用火箭来完成航天运载的曙光。经过不断地研究和试验,火箭作为太空飞行的推进装置逐渐得到证实,最终为人类通向太空架起了桥梁。知识点火箭炮火箭炮是炮兵装备的火箭发射装置,发射管赋予火箭弹射向,由于通常为多发联装,又称为多管火箭炮。火箭弹靠自身的火箭发动机动力飞抵目标区。火箭炮能多发联射和发射弹径较大的火箭弹,它的发射速度快,火力猛,突袭性好,但射弹散布大,因而多用于对目标实施面积打击。在第二次世界大战末期和战后,各国都非常重视火箭炮的发展与应用。进入20世纪70年代以后,火箭炮又有了新的进步,其性能和威力日益提高,已成为现代炮兵的重要组成部分。
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