航空之父喬治·凱利

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1、航空之父喬治·凱利喬治·凱利(G.Cayley，1773～1857)是自達·芬奇后第一位真正系統(tǒng)研究飛行問題的先驅(qū)者。他使飛機研究走了真正科學的道路。由于他做出的開創(chuàng)性貢獻，凱利受到后人的高度評價。1846年，英國的漢森把他尊為“航空之父?！?909年，飛機發(fā)明者威爾伯·萊特在一次演講中說：“在一百年以前，喬治·凱利爵士把航空技術推向了前所未有的高峰。在整個十九世紀，這個高峰沒人能夠逾越?！?909年，法國航空學會主席貝爾熱在其著作中寫道：“喬治·凱利爵士是真正的航空之父，他的名字值得用金字書寫在航空史冊的第一頁。”航空大師馮·卡門評價說：“目前所知的關于剛

2、性飛機的飛行原理，可以說是由凱利所首先宣布?！薄　讨巍P利于1773年12月17日生于英國約克郡的斯卡巴勒城。凱利最初在約克郡讀書，不久他來到諾丁瀚跟數(shù)學家瓦爾克(Walke)學習。19歲時，他又來到南蓋特，從師于當時頗有名望的電學家和化學家摩爾根(Morgan)。由于這兩位出色的教師的教育和影響，凱利對自然科學特別是數(shù)學和電磁學產(chǎn)生了非常濃厚的興趣。1795年，凱利同他的老師瓦爾克的漂亮獨生女莎拉結(jié)婚，婚后他們一直生活得很幸福美滿。他們一共有10個孩子。　除航空外，凱利研究最多的工程技術問題是鐵路機車。他發(fā)表了許多關于鐵路機車改進的論文，這方面的文章是除

3、航空外最多的。為了保證鐵路機車運行時的安全，他設計了一種鐵路自動信號裝置。由于他的兒子多斯蘭因事故失去了一只手，凱利曾潛心設計了一只機械手。這只機械手的零件是可拆卸的，在用餐時便裝上特制的餐具。在從事其他工作時，便裝上相應的用具。凱利還研究過物理學、天文學以及火藥和火槍，發(fā)表過關于絕對零度的文章。他在自己的床頭安裝了一架望遠鏡，經(jīng)常觀測夜空。凱利知識淵博，被譽為精通各方面知識的活字典。1857年12月15日，喬治·凱利在約克郡家中去世，享年84歲?！　∠翊蠖鄶?shù)航空先驅(qū)者一樣，凱利很小就對飛行發(fā)生了濃厚的興趣，這一方面是由于對鳥的飛行的神往，另一方面是孩提時代

4、熱氣球載人飛行成功對他產(chǎn)生了很大影響，而后者是促使他進行航空研究的直接動因。他的第一項航空研究是仿制和改進中國古老的玩具竹蜻蜓，時間大約是1796年。有趣的是，他對竹蜻蜓的興趣一直保持到晚年。1854年他去世前3年，他還將一個改進的竹蜻蜓送給法國朋友杜布－代克。他對竹蜻蜓的興趣不僅僅因為它的飛行非常迷人，更主要的是從這個簡單的玩具中能獲得許多有用的航空知識，特別是螺旋槳原理。他在25歲前后曾根據(jù)竹蜻蜓設計了一架直升機：直桿兩端各有一副用四片羽毛制成的螺旋槳。由弦和弓的伸張力帶動其旋轉(zhuǎn)。凱利后來說，這個直升機進行過多次成功的飛行?！　榱诉M行航空研究，凱利對鳥

5、的飛行作了大量的觀察和研究，包括測量鳥翼面積、鳥的重量和飛行速度，并在此基礎上估算速度、翼面積和升力之間的關系。通過對鳥的飛行的分析研究，他第一個明確認識到：人造飛行器應當分別實現(xiàn)升舉和推進兩種功能，而首先應當解決的是升舉問題。這是擺脫片面模仿鳥類、實現(xiàn)定翼機的重要思想和基礎。此外，他還認識到鳥翼彎曲形狀的重要性、鳥翼具有迎角的重要性、重心與升力中心的關系以及對飛行穩(wěn)定性的影響。根據(jù)這些研究成果，凱利于1799年設計了一架滑翔機，它包括帶有上反角的機翼、尾翼、機身，頗具有現(xiàn)代意味?！　≡O計和試驗滑翔機單靠對鳥的飛行的定性觀察是不夠的，必須進行空氣升力和阻力的

6、定量研究。凱利意識到這一點，首先開創(chuàng)了航空空氣動力學的實驗研究。依據(jù)羅賓斯使用過的力學研究裝置，凱利于1804年12月自己動手設計和制造了一架旋臂機，用于研究平板的升力和阻力。旋臂機實驗件是一塊0.1平方米的平板，它被安裝在旋臂機水平旋轉(zhuǎn)桿的末端，可以偏轉(zhuǎn)成各種角度。旋臂轉(zhuǎn)動的動力來自于石塊下落的勢能。這個裝置簡單、粗糙，而且實驗時間極短，但仍然能獲得初步的定量結(jié)果?！　±眠@個裝置，凱利得出了第一批關于升力和運動速度方面的數(shù)據(jù)。例如，當運動速度為每秒3.52米時，升力為1.1牛頓。根據(jù)這些數(shù)據(jù)，他半定量地認識到升力關系式。他在1804年12月1日的筆記中總

7、結(jié)說：空氣的升力“與空氣介質(zhì)密度成正比，與平板面積成正比；與運動速度的平方成正比；與迎角的正弦成正比?！备鶕?jù)這一認識，1805年他又設計了一架滑翔機，它包括了飛機的各主要部分，其中有垂直尾翼，機身前端還有金屬配重?！　?805年設計的滑翔機，有一副定翼，又有一副撲翼，撲翼是單獨用來產(chǎn)生推進力的。1808年，凱利又設計了一架滑翔機，它的前端安裝一只大的框式風箏，形狀具有鳥翼一樣的彎曲結(jié)構(gòu)。凱利在旋臂機試驗過程中，做出了另一個重要發(fā)現(xiàn)：流線型物體能夠大大降低阻力。他還解剖了一條鱒魚，畫出了截面形狀曲線。馮·卡門評論說：“他得到的截面形狀幾乎可以跟某些現(xiàn)代的低阻力

8、翼型完全相合，這一點是很令人注意的?！薄　?809年