飞机的过去·现在·未来

汪亚卫

当人类刚刚迈入21世纪,我们马上就要迎来飞机诞生百年的日子。当人们回顾20世纪100年间世界发生的重大事件时,几乎所有的人都认为,美国人奥维尔·莱特和威尔伯·莱特兄弟,制造的人类第一架有动力可操纵的飞机,于1903年12月17日首次成功载人飞行,是20世纪人类最辉煌的创举之一。飞机的发明,开辟了人类航空的新纪元,也改变了人类社会的方方面面。今天,军用飞机已成为现代战争中克敌制胜最重要的武器装备;民用飞机已成为现代社会最主要的交通运输工具;各式各样的飞机在当代社会发挥着越来越重要的作用。飞机使得地球变小,飞机使战争改变了模样,飞机给世界带来的巨变,是当初莱特兄弟发明飞机时根本无法想象的。今天人类已一天都离不开飞机了。

过去

人类自古以来就幻想着飞上蓝天,这种幻想延续了几千年之久,中国古代西汉时期的飞人试验、中世纪欧洲人的跳塔扑翼飞行和其他先驱者的飞行探索都失败了。在西方进入工业革命后的1788年6月,法国人蒙哥尔费兄弟利用麻布制成了热气球,同年11月21日,法国人罗齐埃和达尔朗乘坐这种热气球成功地完成了人类历史上的首次飞行。1883年,汽油内燃机的问世,使人们认识到飞机可以采用动力来驱动,美国科学家兰利最先设计用内燃机作为飞机动力,但他设计的飞机,因没有解决飞机的稳定操纵问题而试飞失败。德国工程师李林达尔采用弓形翼解决了滑翔机飞行的稳定操纵问题。美国人莱特兄弟则将滑翔机飞行稳定操纵机构与加装内燃机动力相结合,成功地制造并试飞了世界上第一架动力飞机——“飞行者”1号,从而揭开了飞机发展史的序幕。

在莱特兄弟制造并试飞动力飞机时,世界上多数人还将其视作一种探险行为,未能认识到飞机的实用价值,但当1909年,法国人布莱里奥驾驶飞机飞越英吉利海峡后,人们才发现了飞机在军用和民用方面的实用价值。于是西方国家开始相继建立本国的军事航空队,飞机的研制也从航空爱好者个人的小工棚中走出来,逐步形成了独立的产业——航空工业。1910年,美国进行了飞机从大型军舰上起飞的试验。1913年,俄国人西科斯基设计了装四台发动机的大型飞机“伊里亚·穆罗梅茨”号。飞机的飞行性能在短期内迅速得到提高,飞机本身也从双翼机发展到单翼机,从木布结构发展到全金属结构,从敞开式座舱发展到密闭式座舱,从固定式起落架发展到可收放式起落架。

在第一次世界大战期间,飞机被大量用于侦察、轰炸、对地攻击、运输甚至空战,并发挥了重要作用。整个“一战”期间,各国共生产飞机约18万架,生产活塞式航空发动机23万台。“一战”结束时,飞机速度达到220公里/小时,飞行高度达6000米,航程达440公里。在飞机用于军事的同时,主要用于客运和邮运的民用飞机也应运而生。1919年6月,德国容克斯飞机公司首先推出了一种全金属下单翼民用飞机——J-13,同年德国建立了国内航线。随后,英国、德国、美国和前苏联也先后研制出民用飞机并建立了航空运输网,其中美国波音公司和道格拉斯公司推出了波音274、DC-3等较先进的民用飞机。

第二次世界大战中军用飞机的作用更加显著,空军成了影响战争胜负的重要力量。在“二战”的许多著名战役中,军用飞机成了克敌制胜的关键,如在攻克柏林的战役中,前苏联第一天出动175万架次飞机执行轰炸和空战任务,柏林上空出现了上千架飞机投弹和空战的宏大场景。一些主要参战国的航空工业在战时迅速膨胀,如美国在1944年共有135万人从事航空工业生产,当年年产飞机突破10万架,航空工业产值居本国工业产值第一位。航空技术在“二战”期间也得到迅速发展,“二战”末期活塞式飞机的最大速度已达780公里/小时。英国人惠特尔和德国人奥海因,在20世纪30年代发明的喷气发动机技术,在“二战”期间分别在英国和德国被用于新研制的飞机上。但真正成功的喷气式飞机出现于“二战”后的美国和前苏联,采用了喷气发动机和后掠翼技术的美国F-86战斗机和前苏联米格-15战斗机,分别于40年代末和50年代初突破了最大速度1000公里/小时的大关。

20世纪50年代是喷气式飞机迅速发展的年代,美国的F-100和前苏联的米格-19成为第一批突破“音障”的超音速战斗机。与此同时,喷气式民用运输机——英国“彗星”投入使用。总重达150吨的高亚音速干线飞机波音707的诞生,把民用飞机带入了新的发展阶段。进入60年代以后,突破“热障”的3倍音速以上的美国SR-71和前苏联米格-25、采用变后掠翼的美国F-111战斗轰炸机、垂直/短距起降战斗机“鹞”等机种的相继出现,使得飞机的性能和技术水平日益提高。在“二战”结束后40多年的“冷战”期间,美国与前苏联围绕喷气战斗机技术展开了旷日持久的竞争,并带动了飞机技术的全面发展。

第一代超音速战斗机是50年代投入使用的美国F-100和前苏联的米格-19,其特点是采用后掠机翼,以近距格斗为主要作战方式。美国的F-104、F-4和前苏联的米格-21和米格-23是第二代超音速战斗机,其特点是最大速度达两倍音速,具有全天候作战能力。目前世界各国大量装备和使用中的是70～80年代推出的以美国的F-15、F-16、前苏联的米格-29和苏-27,以及法国的“幻影”2000为代表的第三代超音速战斗机,它们具有高机动性能,能作全向探测和攻击,并有电子战能力。

现在

现代军用飞机除了战斗机以外,还有攻击机、轰炸机、侦察机、预警机、反潜机、电子战飞机,军用运输机、空中加油机等。除固定翼飞机外,直升机在对地攻击、侦察、运输、通信联络、搜索救援、反潜等方面也发挥着巨大的作用。军用飞机已形成一个庞大的武器装备体系,成为空军、陆军、海军都不可缺少的主要武器装备。军用飞机以速度快、攻击力强、作用距离远、机动灵活、多功能等显著特点成为现代战争中最重要的武器装备。在“二战”结束后世界上发生的一系列局部战争中,飞机的作用越来越大。特别是1991年的海湾战争和1999年以美国为首的北约对南斯拉夫的入侵,都是以空袭为主要作战手段,包括F-117A和B-2等最先进的美国作战飞机既充当打头阵的角色,又贯穿于战争进行的全过程。预警机、武装直升机、对地攻击机以及无人机的作用,在现代战争中也日益突出。承担精确打击任务、远程运输任务和战场侦察任务的军用飞机倍受各国军方的重视。

民用飞机在当今世界也发挥着越来越大的作用。民用客机已取代远洋客轮,成为人们洲际旅行的首选交通工具,航空运输也成为发展速度最快的交通运输方式。美国目前的航空客运周转量已是铁路客运量的80倍,空运业的发达与否已成为一个国家现代化水平的重要标志。目前,全世界各国共有约800家提供定期航班运输的航空公司,它们拥有约2万架商用客货运输飞机,其中喷气飞机约占80%,其余20%为涡轮螺旋桨飞机。在用于国际航线和大城市间干线航运的乘坐120～500人的干线客机方面,美国波音公司的波音737、747、757、767、和777系列,以及欧洲空中客车工业公司的A300、A310、A320、A330、A340系列飞机已经垄断了世界空运市场。波音和空客两大公司还在积极开发100座级和500座以上的新型客机,当今干线客机的技术日趋成熟,其飞行速度为高亚音速,由于普遍采用了大涵道比涡轮风扇发动机、超临界机翼、主动控制技术、复合材料和数字化综合航空电子技术,使飞机在降低噪声、减少油耗、减少排气污染、提高安全性、舒适性和经济性等方面有了长足进步。

用于中小城镇之间并与大城市相连的支线航线飞行的支线客机市场竞争十分激烈。能研制生产19～100座级支线客机的既有美国、俄罗斯、加拿大、法国、英国、德国等航空大国,也有巴西、中国、印尼等发展中国家。当今支线客机有涡扇动力和涡桨动力两类,其发展趋势是涡扇动力支线客机更为市场所欢迎。支线客机技术的发展趋势是提高巡航速度、降低噪声、提高舒适性和经济性。

除了客、货运输外,飞机在工业、农业、牧业、林业、公安、勘探、环保、气象、测绘、体育、旅游和公务飞行等方面也有着广泛用途,这类飞机称为通用航空飞机。全世界通用航空飞机的数量约为定期航班客货飞机数量的10倍,其中包括大量直升机。能生产通用航空飞机的国家更多,但大量拥有并广泛使用通用航空飞机的主要是一些发达国家。通用航空飞机主要是私人飞机,其动力装置采用涡扇、涡喷、涡桨和活塞发动机的都有,除用于公务飞行的公务机外,通用航空飞机一般造价较低,不可能采用很先进的技术和设备,因此其事故率相对较高。

飞机的未来会如何呢﹖答案是前景无限。在军用飞机方面,以美国的F-22为代表的第四代超音速战斗机即将投入使用,其特点是采用具有隐身能力的外形布局,部分机体结构采用复合材料,装推力可转向的先进涡扇发动机,带有可离轴发射和发射后不管的空空导弹。与第三代战斗机相比,第四代战斗机的机动能力更强,可超音速巡航,有短距起降和隐身能力,并能进行远距离、多目标全向攻击和精确打击。美国已经选定的洛克希德·马丁公司研制的JSF属于低成本、小吨位的第四代战斗机范畴。俄罗斯也正在研制与F-22和JSF对抗的第四代战斗机。

未来

在新世纪可能出现一些新型的军用飞机,如速度达M5的高超音速飞机,以用于空间运输或夺取战争中的制空权。美国空军甚至提出在2025年要装备M12～15的高超音速飞机。无人战斗机也是可能在新世纪出现的新型军用飞机,其特点是重量轻、成本低、机动性好、留空时间长,美国已经开始了对无人战斗机的前期研究。还有可能出现的是用于侦察、电子对抗、目标指示等的微型飞行器,其翼展可能在20厘米以内,起飞重量在100克以内,便于单兵携带。现在还有仅相当于邮票大小的微型直升机方案。这类微型飞行器将随着纳米技术和微机电的发展而逐步出现。预计在新世纪,倾转旋翼机、复合旋翼机和X翼旋翼机也将得到发展。特别是复合旋翼机,巡航时呈固定翼状态,速度可达500～600公里/小时,而起降和执行任务时又可呈直升机状态,是一种具有实用价值的新型军用飞行器。

民用飞机的未来发展一是更快,二是更舒适,也许还会更大。20世纪60年代,由英、法研制了“协和”超音速客机,下一代出现的超音速客机不仅在速度上将达到“协和”的两倍以上,其油耗、经济性和舒适性都将大大优于“协和”。未来的第二代超音速客机从洛杉矶飞往东京,将从现在的10小时减少到4小时,估计它将在2020年前后投入运营。波音公司最近推出的“音速巡航者”客机方案,速度达M095,航程超过17000公里,预计这种于2006年左右投入使用的新型客机,比现有客机速度可提高20%左右。使飞机更舒适是人们共同的愿望,按照航空工程师的设想,未来的客机将类似星级宾馆,不仅宽敞,而且有众多休闲服务。还有的设计将未来机身与机翼融和形成“飞翼”布局,客舱如同一座大型剧场,十分宽阔。对于客机是否应当更大一点,航空界意见还不一致,欧洲的空中客车公司已起步搞500～800座的巨型客机A380,该机航程可达14000～16000公里,运营成本比波音747显著减少。支持客机大型化的理由是现在的机场太拥挤,而今后航空运输将持继增长。此外,民用的复合旋翼机、倾转旋翼机也正在出现。

新的世纪将创造新的奇迹。飞机百年改变了世界,推动了人类文明的发展。从1903年飞机发明到1969年人类实现登月,人类历经了66年,在不足一个人生命周期的时期内竟发生了如此巨大的变化。那么再过66年,再过100年,飞机技术会发展到何等程度?我们相信,人类乘坐空天飞机直接飞出地球并返回的日子将为期不远,到那时,人们将坐在飞机座舱内指着远处的地球自豪地说:“我是从那儿飞来的。”

科学技术无止境,我们有理由相信,飞机的未来将会更加激动人心。

责任编辑:京勉 ■