互动科普

飞机，是指具有固定机翼（不同于旋翼机），能在大气中靠自身动力飞行（不同于滑翔机）、密度大于空气（不同于气球或气艇）的航空器。作为动力的核心，飞机发动机有很多种，包括活塞发动机、燃气涡轮发动机（包括涡轮、涡喷、涡扇、涡桨等几种）、冲压发动机等三大类主流发动机，及其他发动机（包括火箭发动机、脉冲发动机、航空电动机）等。

兄弟俩的发明

飞机是人类在20世纪初所取得的最重大的科学技术成就，有人将它与电视和电脑并列为20世纪上半叶对人类影响最大的三大发明。

1903年12月17日，美国的莱特兄弟制造出了第一架依靠自身动力进行载人飞行的飞机“飞行者”1号，并且试飞成功。当时，哥哥威尔伯·莱特（Wilbur Wright，1867～1912）才36岁，弟弟奥维尔·莱特（Orville Wright,1871～1948）只有32岁。

在年幼时，这对兄弟就已经显现出在机械设计和维修方面的过人能力。他们善于思考，富于幻想，手艺精巧，还经常做些有创新意义的小玩意，比如会自由转弯的雪橇等等。后来，他俩在代顿市开了一家自行车铺，生意还很不错。富于创新精神的莱特兄弟并没有因此满足，他们不愿终生与这些自行车零件打交道，于是决定去实现童年时的梦想—飞行。

1900年10月，他们制造的第一架滑翔机试飞成功了，但留空时间很短。他们想，如果能给飞机加装动力并带上足够的燃料，那么就可以自由飞翔了。不久，他们便设计出了性能优良的发动机和螺旋桨，然后组装成了世界上第一架动力飞机。  

1903年12月17日，奥维尔驾驶他们的飞机飞行了12秒，飞行距离36.5米，创造了人类历史上的第一。不久，兄弟俩又制造出能乘坐两个人的飞机，并且能在空中飞一个多小时。1908年9月10日，天气晴朗，飞机起飞的场地上围满了观众。10点左右，弟弟奥维尔驾驶着他们的飞机，在一片欢呼声中飞向天空，并在76米的高度飞行了1小时14分，机上还有一名勇敢的乘客。

1909年，莱特兄弟获得美国国会荣誉奖。比这个奖项更长久的，是他们的名字永远地镌刻在了人类动力航空史的首页上。

后生可畏的喷气式飞机

20世纪30年代后期，依靠活塞驱动的螺旋桨飞机，其最大平飞速度已能达到700千米/小时，俯冲时更是已经能够接近音速。到这时，“音障”的问题已经成为了拦路虎，解决这个问题的有效途径，就是开发喷气发动机。

1934年，德国设计师奥安，首先获得了离心涡轮喷气发动机的专利。1939年8月27日，奥安使用他的发动机，制成了He-178喷气式飞机。  

1942年7月18日，德国的奥海因设计制造的“Me-262”试飞成功，成为历史上第一架实用的喷气式飞机。它比螺旋桨式飞机要快160千米/小时，在空战中的优势非常明显，很快就投入批量生产。

有了喷气发动机，突破音障就成为了可能。飞机要试验飞这么快，最理想的“场所”，当然要求能见度要高、受力要稳定、安全系数要高。出于这些考虑，平流层（距地7000/11000～50000米）成为了最佳选择。首先，在这里，大气中悬浮的水滴和颗粒已经非常稀少，能见度极好；其次，这里的气流基本不上下对流，主要是平流运动，不像低一些的对流层（距地0～7000米/11000米）那样到处是活跃对流的气流，因而对飞行的干扰很小，而且在11000～20000米高的平流层内，音速的标准值稳定在1062千米/小时左右，便于测量；最后，这么高的地方，鸟一般已经飞不上去了，撞上飞机的概率非常小，试验会很安全。1947年10月14日，在美国加利福尼亚州12800米的高空，查尔斯·耶格尔空军上尉驾驶的X-1的速度达到了1078千米/小时，马赫数（速度与音速的比值，缩写为M）达到了1.015，这意味着人类首次突破了音障。之后，各种超音速飞机※纷纷出笼，它们中的绝大部分都是军用飞机。

不过，除了军机和技术验证机等非民用飞机外，也确实有投入商业运营的超音速飞机，这就是世界上的第一种超音速客机图-144客机（前苏联）和第二种超音速客机协和式客机（英法联合研制），除此以外再也没有第三种了。

图-144比协和式的试飞和投入商业飞行都要早上一年，而且速度能达到M2.15，比当时的某些战斗机都快。协和式也不逊色，速度也能达到M2.02，从巴黎到大西洋另一头的纽约只要3小时20分钟，从伦敦到纽约更是只要2小时52分钟，甚至比两地的时差都短，因而深受高端乘客欢迎。但是，等待这两种飞机的都是黑色的命运：图-144在1973年巴黎航展上受到干扰而意外坠毁，尔后又在1978年因事故迫降，种种原因使它仅仅载客飞行了半年就被迫退出民航航线；而协和式一直安全运营了31年，直到2000年7月25日起飞时因意外失火坠毁，雪上加霜的是，飞机带火起飞的瞬间被附近民众意外拍下，并传遍全球。事后，尽管厂商试图进行改良，但口碑已毁，仅仅复航不到2年就匆匆退役。

2000年7月25日，法航AF 4590班机失事，造成109人死亡，更糟糕的是，它带火起飞的骇人照片迅即传遍世界。有着31年安全记录的协和式客机，由此一蹶不振。

目前，美国宇航局研制的X－43A验证机，不借助火箭发动机，最高速度仍然可达音速的约10倍，即M10，是当今世界最快的飞机。不过，现在对于飞机的定义也有些模糊，比如同属于美国宇航局的X-37B验证机这种“缩小的航天飞机”是否还属于飞机，就有不同看法。如果它也是飞机，那么它从轨道再入大气层时的速度达到了28200千米/小时，大约相当于M25，已经达到了再入速度。

改变世界的工具

在今天，飞机已经成为不可缺少的运载工具，深刻地改变和影响着人们的生活。

最明显的一个变化就是，由于有了飞机，人类长途旅行的时间已经大大缩短了。16世纪，葡萄牙人麦哲伦足足用了3年才环球一周。19世纪末，一个法国人花了43天乘火车环球一周。1949年，一架B-50型轰炸机仅用94个小时就环球一周。1979年，英国人普斯贝特环球一周只用了14个小时6分钟。不到一天就可以到达地球的任意一个角落，这个事实对20世纪以前的人类来说，难道不是个神话吗?

飞机的发明，也使航空运输业得到了空前发展。工业原料和产品都有了新的来源和目的地，不宜长时间运输的鲜活农产品也可以乘飞机跨越五湖四海。  

装备了照相机或特制电子设备后，人们可以使用飞机迅速而准确地对广大地区（包括险峻而难以用其他办法达到的地方）进行测绘。比起传统的测绘方式，这要简便易行得多。

当然，在战争中，飞机的作用更为惊人。无论是在第一次世界大战末期，还是第二次世界大战的多次大型空战和空袭，乃至之后的各次局部战争，飞机这种战争工具的巨大威力都是有目共睹的。经过近百年的不断改良，军用飞机的作战性能越来越强悍，摧毁和杀伤能力越来越强。这一点，醉心于飞上蓝天的莱特兄弟，大概是无论如何也预见不到的吧。

腾飞在中华大地

作为我国的航空业先驱，冯如（1884～1912）制造出了中国人的第一架飞机。1909年9月21日，他驾驶这架飞机在美国的奥克兰市郊区首次试飞并获得了成功。  

冯如生于一个贫农家庭，从小喜欢制作风筝和车船等玩具。12岁，他随父漂洋过海到美国谋生。在目睹了美国工业的先进之后，冯如认为国家富强必须依靠工艺的发达，并决心投身航空事业。他说：“吾闻军用利器，莫飞机若，誓必生为之倡，成一绝艺以归飨祖国，苟无成，毋宁死。”在成功首飞后，1911年2月他带着助手及两架飞机回到中国，并担任广东革命军政府飞行队长。1912年8月25日，冯如在飞行表演时不幸遇难，弥留之际仍不忘叮嘱：“吾死后，尔等勿因是失其进取之心。”

经过几十年的积累，我国航空工业得到了长足发展，民用飞机和军用飞机的研制和生产都取得了累累成就。近年来，新型歼击机、预警机、轰炸机、运输机、直升机、无人机等先后亮相，商用大飞机的研制也被列入了国家重大专项。从这个意义上看，冯如百年前的遗愿，也得到了最好的继承和弘扬。

（本文发表于《科学世界》2013年第12期）