从热气球到飞艇

2017-08-26 08:57
小学科学 2017年8期
关键词:硬式飞艇热气球

从很久远的古代开始,人类就向往在天空中飞行,不过,飞机的出现实在太晚了,那么,在飞机出现之前,人类靠什么在天空翱翔呢?

比热气球更棒

最早能够载人进行长时间飞行的是热气球。18世纪的时候,法国的孟格菲兄弟本来是造纸商,偶然发现碎纸屑在火炉中会被热气托起,不断飞升。于是,他们很自然地联想到,如果能用结实的布把热空气兜住,也许能够被热空气推上天。

很快,孟格菲兄弟的热气球诞生了,他们在欧洲各地进行表演,其中比较成功的时候,能够在空中停留半个小时。这是人类第一次在空中停留这么长时间,即便是120年后莱特兄弟发明的飞机,最初也不过能够飞几十秒钟而已。

但是,孟格菲兄弟发明的热气球,虽然能够在空中悬浮,却不能很好地按照人的指挥飞行移动。这距离人类真正的飞行之梦,还有一段距离。

当气球有了动力

那么,如果给气球装上动力装置,结果会怎样呢?

很简单,这就是飞艇了。1784年,法国的罗伯特兄弟制造出了第一艘飞艇。这艘飞艇长15.6米,像一条鱼的形状,因为罗伯特兄弟认为飞艇在空中飞行时就和鱼在水中游差不多。这条“鱼”的肚子充满氢气后,可以产生1吨的升力,足以轻松飞到空中。而且,在这艘飞艇的载人吊舱上,装有船上用的桨。

罗伯特兄弟驾驶这艘飞艇,通过人力划桨的方式实现了缓慢飞行,但速度很慢,7个小时才飞了几千米远。

需要更安全

相较于慢如龟爬的飞行速度,更令罗伯特兄弟感到头疼的问题是:随着飞艇不断升高,高空的大气压力会减弱,于是飞艇的气囊就会膨胀,最终会发生破裂,导致“艇毁人亡”。第一次飞行,罗伯特兄弟就遇到了这样危险的情况,幸亏急中生智,用小刀将气囊戳破,这才化险为夷。

但是,这样一来,飞艇就开始慢撒气,无法继续升高,并且会在一段时间后渐渐降落回地面。怎么办?罗伯特兄弟在一位名叫查理的教授的帮助下,改进了飞艇气囊的设计。他们在外层大气囊之内,又设置了一个小气囊,这个小气囊中充满空气,然后再在外层大气囊中充满氢气。当飞艇飞到高空,就将小气囊中的空气放掉一部分,这样小气囊就会在外部大气囊内气体压力的作用下被压缩,这样一来,大气囊的膨胀就有了空间,飞艇不会胀爆,安全性有了保障。

长骨头的飞艇

此后的几十年,飞艇技术不断完善。从人力桨到蒸汽动力螺旋桨,再到内燃机螺旋桨,飞艇越飞越快。到了1900年,德国人齐柏林发明了真正划时代的飞艇——硬式飞艇,达到了飞艇技术发展的顶峰。

传统的飞艇和热气球一样,都是用软气囊充气。齐柏林的硬式飞艇则有一副骨架支撑,在他的飞艇气囊内部,1根巨大的大梁和24根“肋骨”支撑起整个气囊空间,并将气囊内部分割成为17个独立的气室,总容积达到1.2万立方米,完全充气后能產生13吨升力。而且,气囊因此变得坚固,内部的分割也起到了类似于船舱中隔水舱的作用,哪怕出现破洞,也不会让整个气囊的氢气跑光。

飞艇的黄金时代

1920年~1930年,是飞艇的黄金时代。这一时期,飞机技术还不够成熟,运载量远没有飞艇大,而且飞艇的飞行成本低廉,还能够进行不落地的环球飞行,绕地球飞行一周需要21天左右。

可惜,由于飞艇必须使用比空气轻的氢气作为升力来源,而氢气本身是易燃气体,非常不安全。最终,更安全、飞行速度更快的飞机得到普及,而飞艇不得不退出了历史舞台。不过,今天,随着更安全的轻气体氦气等提纯技术的发展,这种便宜、有趣的飞行器,正在迎来复苏的机会。

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