空气动力学论文文献

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1792年，他开始用一种玩具作一连串的试验，这就是从中国传到欧洲的“竹蜻蜓”。1796年，凯利在科学计算的基础上制作出第一个飞行器——相对旋转的模型直升机。1799年，年仅26岁的凯利设计出几乎已具备现代飞机主要部件的飞行器草图。乔治·凯利把这个草图刻在一个小银盘上。小银盘的一面刻着机翼上各种作用力的说明，另—面刻着飞机草图，这个银盘现藏于伦敦科学博物馆。但困扰凯利多年的问题就是没有合适的动力，当时的蒸汽机又大又笨重，根本不可能将凯利的飞机送上天空，所以凯利这个方案仍旧以扑翼作为动力和产生升力的方式。但凯利的可贵之处在于他不满足对现有知识的掌握，而是通过不断试验来丰富自己的理论水平。1804年凯利研究鸟的推动力，在旋转臂上试验了一架滑翔机模型。不久，他把带翼的抛射体发射到海上。几乎与此同时他还设计了一架复合式飞机，轮车上装有固定翼，在翼尖上有扑翼。1807年，凯利研究热气发动机和另外一种采用火药的发动机。1808年，凯利研制了“旋翼”和“桨轮”飞机，并于同年设计了一架扑翼机。1809年，凯利开始研究鱼与我们今天所说的流线型的关系，成功地制造出航空史上第一架全尺寸滑翔机并进行试飞。 1809年，他的题为《论空中航行》的论文在自然哲学杂志上发表。在该论文中，他提出了十分重要的科学论断：1.为作用在重于空气的飞行器上的四种力——升力、重力、推力和阻力下定义；2.确定升力的机理是与推力机理分开的。至此，凯利已认识到鸟类翅膀不仅具有推进功能，也具备了产生升力的功能。人类飞行器如果用不同装置分别实现上述功能，将会比单纯模仿鸟类的飞行动作进行飞行容易得多。这一重要发现奠定了固定机翼形式的飞机的基本构思和理论基础。他在论文中一再强调，制造固定翼飞机的重要性，详尽地勾勒出现代飞机的轮廓，对空气动力学理论的产生和形成做出了重要贡献。他描绘出固定翼、机尾、机身以及升降舵等操纵面，解释了机翼的作用，并指出适当的安定性要从精心设计翼面使其有一点点角度获得；接着他又提到飞行器必须迎风而起，必须有垂直的和水平的舵面。凯利的论文还阐述了速度对升力的关系，机翼负荷、张力、重力的减轻，甚至内燃发动机的原理以及流线型对飞行器设计的重要性等等。在他的学说中，有一段阐述飞行器基本原理的论述，在今天看来依然十分精辟和准确，即：“机械飞行的全部问题是向一块平板提供动力，使它在空气流中产生升力，并支持一定的质量。”他的《论空中航行》的论文被后人视作是航空学说的起跑线。 直到1848年凯利75岁高龄，轻质量的合适的发动机仍杳无音信，他感到时日无多，惟一可试一试的只有无动力载人飞行，也就是用滑翔机飞行，来证实他的空气动力学理论。于是在1849年，他造了一架三翼滑翔机，让一名10岁的小孩坐在一只吊篮里，从小山上滑下来，一些人用绳子拉着滑翔机，飞机竟迎着微风飘飞了一段距离。这是人类历史上第一次载人滑翔机系留牵引飞行。1853年，凯利又造了一架滑翔机，并装上了灵巧的刹车杠杆，进行历史上第一次有人乘坐的重于空气的航空器升空自由飞行。这次他把家中的马车夫放在驾驶室里，究竟飞了多远，没有明确的记录。有趣的是，马车夫从飞机上下来后，竟辞职不干了。他说：乔治爵士，我想请你注意，我是你雇来赶车的，不是来飞行的。当年，他写了一篇描述无人驾驶滑翔机飞行的文章，送到法国航空学会，题目是《改良型1853年有舵滑翔机》。1971年，一位英国飞行员史泼劳中校，完全依照凯利遗留下来的笔记，造了一架与当年完全一样的滑翔机，飞得十分成功，证明了118年前凯利的设计是如何的成功。1858年，凯利84岁，临终前仍在工作间内敲敲打打，希冀制成一台轻质量的发动机，然而终无所成。凯利的研究工作，特别是他的论文《论空中航行》，在航空发展史上占有重要的地位，100多年来，一直被翻印转载，被后人视为航空学说的经典。飞机发明人之一的奥维尔·莱特1912年曾说，他们的成功完全要感谢这位英国绅士在100年前写下的重于空气的飞行器的理论。他说，“乔治·凯利爵士所知道的有关航空原理可以说前无古人、后无来者，直到19世纪末叶，他所出版的作品毫无错误，实在是科学史上最伟大的文献。”威尔伯·莱特也说，“我们设计飞机的时候，完全是采用凯利爵士提出的非常精确的计算方法进行设计计算的”。凯利不但对航空有兴趣，他还为大不列颠设计了海军大炮炮弹，在拿破仑战争时期得到应用。1807年，他发明并获专利的热力发动机，为工业界所广泛运用。1825年，凯利又设计了一种装辐条的车轮用于滑翔机上，这一发明至今仍为自行车所采用。此外，他还发明过自动铁道刹车装置，且在声学、光学、电学以及下水道工程等方面，有不少有价值的贡献。1857年12月15日，凯利在约克郡布鲁姆顿去世。临终前不久，他曾写下这样两句话：“给你，查看笔记的朋友！我已去了，愿你在这些涂鸦中寻找出智慧的火种。”