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| 中外科学家发明家丛书：齐奥尔科夫斯基 （五） | 发布于:2013/08/14 | |
| 五、对飞机的研究 眼见自己有关制造全金属飞艇的设想无法实现，齐奥尔科夫斯基心中百 感交集。视科学研究为生命的他又将研究领域转向一个当时很少有人涉足的 新领域——比重大于空气的飞机的研究。 从 1892 年开始，齐奥尔科夫斯基陆续发表了一系列有关飞机研究的论 文。就在这一年，他完成了第一篇飞机研究的论文——《论用翅膀飞行的几 个问题》。儒柯夫斯基看完这篇论文后，对他的研究给予了很高的评价：“齐 奥尔科夫斯基先生的这篇大作给予我十分可喜的印象，因为在我用作者的方 法进行分析与试验后，得到了正确的结果。” 在该文中，齐奥尔科夫斯基详尽地分析了平板在流体（液体与气体的总 称）中运动时，流体对于平板的作用力；在这里他所研究的平板，实际上就 是一对简单翅膀，它在空气中的运动就可以看作是鸟类在高空飞翔的动作复 制。在鸟类飞翔时，由于鸟与空气气流的相对移动，在鸟的翅膀上就产生了 空气动力，正是这种空气动力的产生，使得鸟类能在天空中自由飞翔。同样 的原理，当平板在空气中移动时也能够产生空气动力。这时的空气动力可以 分解为：垂直于物体表面、托浮起物体的力——升力；与物体运动的方向相 反、阻止物体运动的力——阻力。直到今天，如何尽量提高飞机的升力、减 少空气对飞机的飞行阻力，依然是空气动力学家以及飞机设计师们所要更好 解决的重要课题。 那么如何减少飞机在空中飞行时的阻力呢？齐奥尔科夫斯基用自制的仪 器进行了初步的研究。他在一块平板上固定了二个支座，在支座上装了一只 能够自由旋转的、带有圆筒的轴；圆筒上缠着一段带有铅锤的细线，这样铅 锤运动时线就带动着圆筒旋转；在垂直于转轴的方向上安装着两根细铁丝， 而细铁丝的两端分别固定着两块厚纸作的平板。这两块平板就是他的研究对 象。 在实际应用中，齐奥尔科夫斯基拿着这件仪器在屋子里、街道上走动， 并有意识地忽快忽慢，仔细观察并记录下平板旋转速度的变化，再经过一系 列的计算，最终就测定出了在不同条件下，平板所受到的不同阻力。 在观察与测定过程中，齐奥尔科夫斯基发现：平板所受到的阻力大小与 平板的长度和宽度之比有关。在实际记录中，他写道：“通过如此多的实验 我可以证明：长方形平板愈长、宽度愈窄，气流作用于其上的压力就愈小。” 他的这个结论完全符合现代航空理论，他的话用现代航空术语来表达，就是： 飞机飞行时的阻力值同翼展（飞机左右机翼之间的距离）和弦长（机翼最前 端与最后端两点间的距离）之比成反比，它们间的比值越大，阻力值就越小。 齐奥尔科夫斯基的这一发现对于未来飞机机翼的设计理论起到了重要作用。 1892 年，齐奥尔科夫斯基全家迁往卡卢加地区，他在当地中学教授物理 与数学。虽然是来到了一个新地方，换了一批新学生；但他一如既往地对学 生们倾注了自己的爱心与关怀。由于他的讲课是那么风趣，实验又是那样的 在进行教学工作的同时，齐奥尔科夫斯基仍然抓紧时间继续研究关于飞 机飞行理论的问题。1894 年，他又发表了《飞机或类似飞鸟的飞行机器》一 文。在这篇论文中，他向别人介绍了自己对于飞机制造的设想：“让我们所 制造的飞行机器具有一种能在一定高度自由飞翔的鸟类的形状；假设我们用 二只船用螺旋推进器去代替它的头；用燃烧燃料的中型发动机去代替它的肌 肉——而且这些发动机并不需要太多的燃料，也不需要笨重的锅炉以及大量 的水，还可以用空气使工作汽缸冷却，这一点在实践中已经采用过了；然后 再在它尾部的水平和垂直平面上装上二只舵。” 这就是齐奥尔科夫斯基关于未来飞机的设想，从示意图中我们可以发 现，他所设计的“鸟形飞机”的外形完全符合现代空气动力学的理论。为了 减小飞机飞行的阻力，他将机身设计成流线型，并将单机翼的末端做成了弯 曲状。为了使飞机能够加速飞离地面并安全降落，他在飞机底部装设了轮式 起落架；为了能够控制飞机的飞行高度与方向，他在飞机的尾部设计安装了 升降舵与方向舵。 齐奥尔科夫斯基所设计的飞机，经过了十几年以后才出现在天空中，由 此可见他超人的设计天才。尤为令人惊叹不已的是，在当时蒸汽机统治动力 来源的时代，他就大胆的预见到内燃机可以作为未来飞机的动力源，并对这 种远景充满了自信。在工作日志中，齐奥尔科夫斯基这样写道：“我确信在 不久的将来，设计师们就可以制造出非常轻而且功率又很大以汽油为燃料的 高效发动机，它们完全符合飞行任务的要求。”同时，在飞机设计中，他还 考虑到减轻驾驶员的疲劳程度的问题，提出了在驾驶舱安装能自动调节航向 的陀螺仪，这就为现代飞机中自动驾驶仪的设计奠定了成功的基础。 但是，在沙皇统治下的俄国一团漆黑，统治阶层所想的只是如何对外进 行掠夺、扩张自己的势力范围，所以对于齐奥尔科夫斯基的这种先进科学设 计根本不感兴趣，他们不愿花费大量的财力认真研制在当时看来没有太大用 途的飞机。 看到自己的科研工作如此地不受重视，齐奥尔科夫斯基感到极为苦闷， 在工作日志中他记下了自己在这一时期的心情：“在实验中我得出了许多新 的结论，但是这些新结论却往往受到政府的怀疑。这些结论可以在任何实验 中重演，但什么时候才能进行这些实验并且将其应用到实践之中呢？我不知 道，真不知道。这许多年来，我都是在不顺利的条件下紧张地工作着，没有 任何希望和任何支持。” 令齐奥尔科夫斯基感到欣慰的是，他按气体力学原理所设计的单翼飞机 的构造原理，终于在十多年之后得到了实际应用。他对单翼飞机设计的独特 构想，对后来的飞机设计产生了重大影响。 |
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