李航

圖1 竹蜻蜓

竹蜻蜓何時(shí)在中國(guó)出現(xiàn)，目前的文獻(xiàn)已經(jīng)很難考證。有資料顯示，大約在14世紀(jì)時(shí)，竹蜻蜓被西方傳教士帶入了歐洲。現(xiàn)存的一些文藝復(fù)興時(shí)代的繪畫中，已經(jīng)有了竹蜻蜓的形象。

在19世紀(jì)末，歷史學(xué)家在意大利的米蘭圖書館，發(fā)現(xiàn)了文藝復(fù)興巨匠達(dá) · 芬奇的一份從未發(fā)表過(guò)的手稿，手稿中有一張達(dá) · 芬奇繪制的想象圖。

這是一個(gè)用上漿亞麻布制成的巨大螺旋體，看上去好象一個(gè)巨大的螺絲釘。它以彈簧為動(dòng)力旋轉(zhuǎn)，當(dāng)達(dá)到一定轉(zhuǎn)速時(shí)，就會(huì)把機(jī)體帶到空中。螺旋體下方有一個(gè)底盤，駕駛員站在底盤上，拉動(dòng)鋼絲繩，以改變飛行方向。

圖2 達(dá)·芬奇的“空中螺旋”設(shè)計(jì)草圖

歷史學(xué)家把達(dá)芬奇手稿中的這臺(tái)機(jī)器稱為“空中螺旋（aerial screw）”。研究表明，這份手稿繪制于1475年左右，是在中國(guó)的竹蜻蜓傳入歐洲之后。

這臺(tái)從未被制造出來(lái)的機(jī)器，被視為人類最早的直升機(jī)設(shè)計(jì)圖。不過(guò)，從手稿來(lái)看，達(dá) · 芬奇似乎沒有考慮給這臺(tái)機(jī)器安裝一個(gè)減速裝置。

圖3 被譽(yù)為“俄羅斯啟蒙之父”的百科全書式學(xué)者，米哈伊·伊萬(wàn)諾維奇·羅蒙諾索夫

在1754年7月，被譽(yù)為“俄羅斯啟蒙之父”的百科全書式學(xué)者米哈伊爾 · 羅蒙諾索夫，發(fā)明了一種改進(jìn)版的竹蜻蜓——當(dāng)時(shí)歐洲人稱竹蜻蜓為“中國(guó)螺旋（China top）”——它的結(jié)構(gòu)和竹蜻蜓大致相同，只不過(guò)采取了同軸旋轉(zhuǎn)的兩片葉片，在頂部多了一個(gè)鼓起來(lái)的彈簧裝置，里面裝有彈簧用來(lái)提供動(dòng)力。

羅蒙諾索夫?qū)⑦@種“改進(jìn)版竹蜻蜓”展示給了俄羅斯科學(xué)院，并提出可以使用這種裝置將氣象儀器帶入高空。后來(lái)，俄國(guó)直升機(jī)設(shè)計(jì)大師尼古拉 · 伊里奇 · 卡莫夫曾承認(rèn)，其“同軸雙旋翼”結(jié)構(gòu)受到羅蒙諾索夫發(fā)明的影響。

羅蒙諾索夫之后，1783年，法國(guó)人勞諾伊（Christian de Launoy）和彼恩韋努（Bienvenu）制造了一個(gè)和羅蒙諾索夫的發(fā)明差不多的裝置，只不過(guò)為了提升升力，在葉片上綁上了一組火雞羽毛。

被譽(yù)為“英國(guó)航空之父”的喬治 · 凱利爵士（Sir George Cayley）被譽(yù)為自達(dá) · 芬奇后第一位真正系統(tǒng)研究飛行問(wèn)題的先驅(qū)者。他受到勞諾伊發(fā)明的影響，也制造了一個(gè)類似的裝置，但將動(dòng)力裝置改為由鐘表的發(fā)條提供動(dòng)力，據(jù)說(shuō)最長(zhǎng)可在空中停留27分鐘。

圖4 喬治·凱利爵士，被譽(yù)為“英國(guó)航空之父”

1861年，法國(guó)發(fā)明家古斯塔夫 · 德蓬頓 · 德 · 阿默庫(kù)特（Gustave de Pontond'Amécourt）設(shè)計(jì)了一種小型蒸汽動(dòng)力裝置，并造出了模型。

按照阿默庫(kù)特的設(shè)計(jì)，這一裝置使用蒸汽機(jī)驅(qū)動(dòng)葉片旋轉(zhuǎn)，可實(shí)現(xiàn)升空。不過(guò)，這臺(tái)裝置從未被制造出來(lái)，其模型也從未真正升空。唯一留下的是阿默庫(kù)特為這臺(tái)裝置起的名字——“直升機(jī)”（helicopter）。這也是“直升機(jī)”一詞的起源。

圖5 法國(guó)發(fā)明家古斯塔夫·德蓬頓·德·阿默庫(kù)特（Gustave de Ponton d'Amécourt）

1878年，意大利工程師恩里克·弗蘭尼尼（Enrico Forlanini）發(fā)明了一種裝置：也由蒸汽機(jī)提供動(dòng)力驅(qū)動(dòng)葉片旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)升空。這種裝置被制造了出來(lái)，并進(jìn)行了測(cè)試。它不能載人，卻可以在測(cè)試中起飛升空至12米左右的高度，在空盤旋大約20秒。

1901年7月，德國(guó)發(fā)明家赫爾曼·甘斯溫特（Hermann Ganswindt）發(fā)明了一種被稱為“直升機(jī)”的裝置，在柏林-舍訥貝格進(jìn)行了首飛。甘斯溫特的裝置或許是第一個(gè)可載人的垂直起降飛行器。當(dāng)時(shí)有人拍攝了首飛的電影，但遺憾的是，影片資料現(xiàn)在已經(jīng)無(wú)法找到了。

圖6 意大利工程師恩里克·弗蘭尼尼（Enrico Forlanini）發(fā)明的“直升機(jī)“，該裝置不可載人

圖7 托馬斯·愛迪生也曾參與制造過(guò)直升機(jī)

著名發(fā)明家托馬斯·愛迪生（Thomas Edison）也和直升機(jī)有不解之緣。1885年，美國(guó)出版人、投資家小詹姆斯·戈登·本內(nèi)特（Thomas Gordon Bennett，Jr.）向愛迪生贈(zèng)送了1000美元（購(gòu)買力相當(dāng)于今天的28000美元），用于制造“可垂直升空”的飛行器。

愛迪生用這筆錢設(shè)計(jì)了一架風(fēng)格獨(dú)特的直升機(jī)，使用內(nèi)燃機(jī)作為動(dòng)力。這架直升機(jī)造出了原型機(jī)，但在實(shí)驗(yàn)中，內(nèi)燃機(jī)爆炸造成了一名工人被嚴(yán)重?zé)齻Ｖ螅@一項(xiàng)目便不了了之。不過(guò)，在1908年，愛迪生為其設(shè)計(jì)的直升機(jī)申請(qǐng)了專利。但是這架直升機(jī)從未真正起飛過(guò)。

與愛迪生同時(shí)代的斯洛伐克的發(fā)明家簡(jiǎn)·巴希（JánBah·）也設(shè)計(jì)出了以內(nèi)燃機(jī)為動(dòng)力的直升機(jī)。他對(duì)愛迪生的內(nèi)燃機(jī)進(jìn)行了改造。1901年，簡(jiǎn)·巴希設(shè)計(jì)的直升機(jī)進(jìn)行了試飛。

這架直升機(jī)可升空至0.5米的高度。之后，巴希又對(duì)內(nèi)燃機(jī)不斷進(jìn)行改造升級(jí)，到了1905年5月5日，他的直升機(jī)飛行高度已經(jīng)可以達(dá)到4米，并可飛超過(guò)1500米的距離。不過(guò)，由于愛迪生搶先一步申請(qǐng)了專利，巴希的發(fā)明一直少有投資人問(wèn)津。

圖8 生不逢時(shí)的斯洛伐克發(fā)明家簡(jiǎn)·巴希

1906年，法國(guó)的博吉特（Breguet）兄弟，開始試驗(yàn)多旋翼直升機(jī)。1907年，雅克·博吉特和路易·博吉特制造出來(lái)一臺(tái)名為“陀螺1號(hào)”的原型機(jī)，這臺(tái)原型機(jī)被認(rèn)為是最早的四軸飛行器。

雖然日期有些不確定，但在1907年8月14日到9月29日之間的某個(gè)時(shí)間，“陀羅1號(hào)”進(jìn)行了飛行測(cè)試，它將飛行員提升到約0.6米的空中，懸停了大約一分鐘。由于這個(gè)原因，“陀螺1號(hào)”的飛行被認(rèn)為是第一次有人駕駛的直升機(jī)飛行，但不是自由或不受約束的飛行。

圖9 路易·博吉特

同年，法國(guó)發(fā)明家保羅·科努（Paul Cornu）設(shè)計(jì)并制造了科努直升機(jī)。它使用兩個(gè)長(zhǎng)達(dá)6.1米的同軸反向旋轉(zhuǎn)旋翼，由一臺(tái)24馬力（18千瓦）安托瓦內(nèi)特發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。

圖10 博吉特兄弟的“陀螺1號(hào)”被視為最早的四旋翼飛行器

1907年11月13日，科努直升機(jī)進(jìn)行了試飛，它可飛至0.3米的高度，并在空中停留了20秒。科努的直升機(jī)又飛了幾次，達(dá)到了將近2.0米（6.5英尺）的高度，但它被證明不穩(wěn)定，因此被放棄了。

丹麥發(fā)明家雅各布·埃勒哈默（Jacob Ellehammer）于1912年制造了埃勒哈默直升機(jī)。它由一個(gè)裝有兩個(gè)反向旋轉(zhuǎn)圓盤的框架組成，每個(gè)圓盤的圓周上裝有六個(gè)葉片。在室內(nèi)測(cè)試之后，這架飛機(jī)在室外進(jìn)行了演示，并進(jìn)行了幾次起飛。對(duì)直升機(jī)的試驗(yàn)一直持續(xù)到1916年9月，在起飛過(guò)程中，直升機(jī)翻倒，毀壞了旋翼。

圖11 丹麥發(fā)明家、飛機(jī)設(shè)計(jì)師雅各布·埃勒哈默（Jacob Ellehammer）

在第一次世界大戰(zhàn)期間，奧匈帝國(guó)發(fā)展了PKZ，一種實(shí)驗(yàn)性直升機(jī)原型，用來(lái)取代氣球?qū)撤竭M(jìn)行觀察。這種直升機(jī)屬于系留式直升機(jī)，它使用內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)旋翼升空，但無(wú)法自由飛行，需要用纜繩系在地面的固定物上，保持在空中懸停。奧匈帝國(guó)開發(fā)這種裝置是為了取代氣球——當(dāng)時(shí)的氣球多充氫氣，非常易爆。

直升機(jī)的飛行原理與制造技術(shù)比固定翼飛機(jī)要復(fù)雜很多。因此，真正意義上具有實(shí)用價(jià)值的直升機(jī)，直到第二次世界大戰(zhàn)末期才剛剛出現(xiàn)。

縱觀整個(gè)19世紀(jì)，一直到第一次世界大戰(zhàn)前，人類早期的直升機(jī)技術(shù)探索，總體來(lái)說(shuō)停留在非常低的水平。

從今天的視角來(lái)看，當(dāng)時(shí)的直升機(jī)，無(wú)論從設(shè)計(jì)思想、制造技術(shù)還是試飛數(shù)據(jù)，都幼稚得可笑。然而，任何技術(shù)的早期探索，都如同嬰兒的第一聲啼哭，在簡(jiǎn)單和稚嫩之中蘊(yùn)藏著無(wú)窮無(wú)盡的希望和可能性。從那支來(lái)自中國(guó)的竹蜻蜓開始，正是達(dá)·芬奇、羅蒙諾索夫、喬治·凱利、愛迪生……一代代發(fā)明家看似幼稚的探索，推動(dòng)了人類對(duì)“垂直起降”夢(mèng)想的不斷追尋，并催生了今日直升機(jī)技術(shù)的爆發(fā)。