飞机简史
1804年,英国人乔治·凯利在旋转臂上试验了一种滑翔机模型,第一次将鸟类飞行原理进行人为的模仿,并提出了最早的“定翼”思想。19世纪末,日后享誉世界的莱特兄弟(威尔伯·莱特、奥维尔·莱特)进入了航空研究领域,兄弟俩在总结前人经验和教训的基础上,开始了他们的滑翔飞行试验。很快,他们完全弄清了一架成功的飞机所应具备的三要素:升举、推进和控制。
在1890年秋季到1902年秋季之间,莱特兄弟陆续制造了三架全尺寸双翼滑翔机,并利用自制风洞开展机翼翼型实验。其中,第三号滑翔机空重约53千克,加上飞行员后的重量在150~155千克。这架滑翔机在1902年秋开始试验时,取得了巨大成功,前后共计飞行了700余次,性能十分出色。
经过几年的努力,莱特兄弟的第一架飞机——“飞行者一号”终于问世。1903年12月17日,“飞行者一号”在北卡罗来纳州进行试飞。当天,“飞行者一号”总共进行了4次飞行,世界公认的第一次自由飞行是由哥哥威尔伯·莱特驾驶的第四次飞行,飞机在空中用59秒的时间飞行了260米。
此次飞行留空时间很短,但这是一项伟大的成就:它是人类历史上有动力、载人、持续、稳定、可操纵的重于空气的飞行器的首次成功飞行。这次成功飞行具有十分伟大的历史意义,为人类征服天空揭开了新的一页,同时也标志着航空飞机时代的来临。
飞机出现后的最初几年,基本上是一种娱乐的工具,主要用于竞赛和表演。但是当第一次世界大战爆发后,这个“会飞的机器”逐渐被派上了用场。1909年,美国陆军装备了第一架军用飞机,机上装有1台30马力的发动机,最大速度68千米/时。同年制成1架双座莱特A型飞机,用于训练飞行员。
第一次世界大战(后文简称“一战”)初期,军用飞机主要负责侦察、运输、校正火炮等辅助任务。当“一战”转入阵地战以后,交战双方的侦察机开始频繁活动起来。为了有效地阻止敌方侦察机执行任务,各国开始研制适用于空战的飞机。
世界上公认的第一种战斗机是法国的莫拉纳·索尔尼埃L型飞机。它装备了法国飞行员罗朗·加罗斯的“偏转片系统”,解决了一直以来机枪子弹被螺旋桨干扰的难题。随后,德国研制出了更加先进的“射击同步协调器”并安装在“福克”战斗机上,“福克”战斗机成为当时最强大的战斗机。“福克”战斗机的出现,从根本上改变了空战的方式,提高了飞机的空战能力,并从此确立了战斗机这种武器的典型布置形式。
随着空战的日趋激烈,战斗机作为飞机家族中的一个新成员,从此走上了“机动、信息、火力三者并重”的发展轨迹,在速度、高度和火力等方面不断改进。“一战”结束时,战斗机的最大飞行速度已达到200千米/时,升限高度达6千米,重量接近1000千克,发动机功率169千瓦,大多配备7.62毫米的机枪。总体来说,飞机在第一次世界大战中的地位是从遭到反对到不受重视,再到被重视,其地位的不断发展也为以后的战争方式奠定了基础。
在第二次世界大战(后文简称“二战”)中,飞机开始成为战争的主角。在“一战”中后期飞机的战略作用被各个国家所认可,因此到“二战”开始时,战机已经得到了很好的发展,各种不同作战用途的战机也应运而生,如截击机、歼击机、战斗轰炸机、俯冲轰炸机、鱼雷轰炸机等。
由于“二战”期间各种舰船(包括航空母舰)得到了大范围的使用,这也使得各种舰载机在战斗中有了巨大的发挥空间,往往是各种海战的主导者。在飞机性能方面,“二战”期间的战斗机的最大速度已达700千米/时,飞行高度达11千米,重量达6000千克,所用活塞式航空发动机制功率接近1470千瓦。瞄准系统配备了陀螺光学瞄准具能够进行前置计算。
“二战”中大名鼎鼎的美国P-51“野马”战斗机
“二战”末期,德国开始使用Me 262喷气式战斗机,最大飞行速度达960千米/时。战后,喷气式战斗机普遍代替了活塞式战斗机,飞行的速度和高度都得到了迅速提高。
拉开喷气式飞机序幕的德国Me 262战斗机
20世纪50年代初,首次出现了喷气式战斗机空战的场面。苏联制造的米格-15“柴捆”(Fagot)和美国制造的F-86“佩刀”(Sabre)都采用后掠翼布局,飞行速度都接近音速(1100千米/时),飞行高度达15000米。机载武器已发展到20毫米以上的机炮,瞄准系统中装有雷达测距器。
带加力燃烧室的涡轮喷气发动机有利于改善飞机外形,因此战斗机的速度很快突破了音速。20世纪60年代以后,战斗机的最大速度已超过2倍音速,配备武器已从机炮、火箭发展为空对空导弹。
20世纪60年代中期,以苏联米格-25“狐蝠”(Foxbat)和美国YF-12为代表的战斗机的速度超过3倍音速,作战高度约23000米,重量超过30吨。但是20世纪60年代后期越南战争、印巴战争和中东战争的实践表明,超音速战斗机制空战大多是在中、低空,以接近音速的速度进行的。空战要求飞机具有良好的机动性,即转弯、加速、减速和爬升性能。
米格-25“狐蝠”是超音速战机的杰出代表
飞机装备的武器是机炮和导弹并重。因此,此后新设计的战斗机不再过于追求很高的飞行速度和高度,而是着眼于改进飞机的中、低空机动能力,完善机载电子设备、武器和火力控制系统。
到了21世纪初,战斗机基本是多功能战斗机,更加强调作战的灵活性,既能同对手进行空战,又拥有强大的对地攻击火力,能以尽量少的架次完成尽量多的任务,在执行任务中能够接受临时赋予的其他任务,甚至能够先空战,然后再对地攻击。
从现代空战的角度来看,未来空中战场不外乎是信息、机动和火力综合优势的争夺。未来战斗机系统之间的整体对抗,将表现为多机编队对信息、火力和机动的综合利用。从某种角度来说,飞机在近百年来所取得的技术突破几乎都是因为战争的推动。军用飞机的不断蜕变促进了航空航天技术的发展,民用飞机也因此受益匪浅,人们也越来越多地享受到飞机带来的舒适和便利。