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

直升機，是人們飛向藍天，實現飛行夢想的重要工具。在古代，就有先人開始研究如何飛行，最早的直升機設計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，并在同年11月13日試飛成功。這架直升機被稱為“人類第一架直升機”。這架名為“飛行自行車”的直升機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，實現了自由飛行。

◆人類歷史上的第一架直升機

1907年11月13日，世界上第一架有人駕駛的直升機試飛成功。隨著它的升空，該機的設計者保羅·科爾尼的名字被后世所牢記?？茽柲嶙鳛閭ゴ蠛娇障闰屵@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進行了多次試飛，最好的一次，曾在1米以上的高度保持留空20秒，這是相當了不起的成績，也被視為直升機技術發(fā)展史上一座輝煌的里程碑。

科爾尼的直升機主體結構為一根V形鋼管，機身由V形鋼管和6個鋼管構成的星形件組成，前后各配置一副旋翼。發(fā)動機（24馬力的8缸活塞發(fā)動機）和飛行員位于機體中部。發(fā)動機的動力通過兩根皮帶分別傳遞到前后旋翼，驅動它們以相反的方向旋轉，這樣可以抵消彼此產生的反扭矩，保持機身穩(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，這一點與后來的現代直升機如出一轍。直升機前后各有一片可以控制偏轉的控制面，科爾尼希望它們可以引導旋翼的下洗氣流，從而實現直升機的轉向。

通過試驗，科爾尼發(fā)現自己設計的操縱系統效果并不好，無法實現有效的可控飛行，當時又找不到更好的解決方案，不久他就放棄了這一設計。不過，科爾尼的嘗試仍然值得紀念。2007年，法國航空航天博物館專門制作了一架科爾尼直升機復制品，陳列在館里供人參觀。

◆中國竹蜻蜓為直升機發(fā)明提供了啟示

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

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，一直流傳到現在。

現代直升機盡管比竹蜻蜓復雜千萬倍，但其飛行原理卻與竹蜻蜓有相似之處?，F代直升機的旋翼就好像竹蜻蜓的葉片，旋翼軸就像竹蜻蜓的那根細竹棍兒，帶動旋翼的發(fā)動機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。當氣流經過圓拱的上表面時，其流速快而壓力??；當氣流經過平直的下表面時，其流速慢而壓力大。于是上下表面之間形成了一個壓力差，便產生了向上的升力。當升力大于它本身的重量時，竹蜻蜓就會騰空而起。直升機旋翼產生升力的道理與竹蜻蜓是相同的。

意大利人達·芬奇在1483年提出了直升機的設想并繪制了草圖。

19世紀末，人們在意大利米蘭圖書館發(fā)現了達·芬奇在1475年畫的一張關于直升機的想象圖。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，當達到一定轉速時，就會把機體帶到空中。駕駛員站在底盤上，拉動鋼絲繩，以改變飛行方向。西方人認為，這是最早的直升機設計藍圖。

◆世界第一架具有正常操縱性的直升機

1936年，德國?？斯驹趯υ缙谥鄙龣C進行多方面改進之后，公開展示了自己制造的FW-61直升機，1年后該機創(chuàng)造了多項世界紀錄。這架直升機被直升機界認為是世界上第一架真正意義上試飛成功的直升機。

FW-61直升機是一架機身類似固定翼飛機，但沒有固定機翼的大型雙旋翼橫列式直升機，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平面傾斜進行縱向操縱，通過兩副旋翼朝不同方向傾斜實現偏航操縱。

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

綜合自《環(huán)球低空》、中國科學院物理所