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第17章 地学(3)

缺憾多多的蒸汽汽车

如同所有的发明创造一样,最初的蒸汽汽车很不尽人意。其设计非常简单,就是把蒸汽机装上底架和轮子。为了达到一定的输出功率,就用尽可能大的锅炉,为了保证行程,还要备足水和煤。车身重了,相应要求底架结实和车轮坚固。因此,车越来越笨重,操纵也越来越困难。结果,这些大型蒸汽车仅适用于路线固定的定班行程,沿途还得有煤、水供应站。问题不仅仅如此,如早期的蒸汽汽车与今天的拖拉机颇为相似。因车太重而造成的惯性大、制动困难、转向不灵敏等问题,要减速转弯时就是慢不下来,转不过去,只能眼睁睁地看着车撞上障碍物而无可奈何。要么就是制动太狠,轮轴断裂。更让人胆战心惊的是,过高的炉压经常引发锅炉爆炸事件。乘坐该车还得看天气下雨天淋雨不说,泥泞的道路还严重威胁人身安全.严寒天烧水难,易熄灭;热天没人愿意坐在锅炉边;刮风天要看风向,顺风时车尾的浓烟会熏得人喘不过气来。

早期的蓄电池电力汽车

蓄电池电力汽车于1881年在巴黎出现,早期的发展速度高于汽油机汽车。19世纪末至20世纪初,美国的汽车保有量中,蓄电池汽车占38%(蒸汽汽车占40%,汽油机汽车占22%)。1912年,蓄电池汽车达到发展的顶峰,当时在美国登记的有33842辆。蓄电池汽车起动、加速、减速都很简便,振动小,噪声低,维修保养工作量小,很受欢迎。但蓄电池汽车速度低,一次充电后的行驶距离短,需要经常充电。在汽油机汽车逐渐完善后,蓄电池汽车很快即被取代,但短程的搬运车辆仍较多采用蓄电池——电动机驱动系统。

真正意义的汽车——内燃机汽车的诞生

由于蒸汽汽车的诸多缺点,所以随着内燃机的诞生和应用,也就宣告了蒸汽汽车时代的结束。

1860年,法国人勒努瓦模仿蒸汽机的结构设计制造出第一台实用的煤气内燃机。1876年,德国人奥托成功制造出了功率大、热效率高的煤气四冲程内燃机。1879年,德国工程师本茨首次制造成功一台两冲程试验性发动机。1883年,本茨又创立了“本茨公司和莱茵煤气发动机厂”。1885年,他采用一台两冲程单缸0.9马力的汽油机制成了第一辆本茨专利三轮机动车。该车具备了现代汽车的基本特点。1886年,德国人戴姆勒用他制造的功率为1.1马力的发动机,装在一辆四轮的“美国马车”上。该车竟以每小时18公里的“令人窒息”的速度从斯图加特驶向康斯塔特。世界上第一辆使用汽油发动机的四轮汽车就此诞生了。

1907年生产的劳斯莱斯豪华折篷汽车。因此,人们把1886年作为汽车元年,也有人把本茨制成第一辆三轮汽车的1885年视为汽车诞生年。本茨和戴姆勒则被尊为汽车工业的鼻祖。

汽车之父——卡尔·本茨

卡尔·本茨(1844~1929年)是现代汽车工业的先驱者之一,被后人誉为“汽车之父”。1843年,本茨的父亲在儿子出世前因事故而去世。1844年,作为遗腹子的卡尔·本茨在德国出生了。从小就对自然科学产生浓厚的兴趣的本茨,于1860年进入卡尔斯鲁厄综合科技学校,较为系统地学习了机械知识,这为他日后的发展打下了良好基础。1872年,本茨组建了“铁器铸造公司和机械工厂”,在经营困难的无奈之际,本茨开始设计与试制奥托四冲程煤气发动机。1879年12月31日,本茨终于制造出第一台单缸煤气发动机。不过,这并未能使本茨摆脱困境,他依然面临着破产的危险。但本茨投身发动机研究的决心并未动摇,经过多年努力,他终于研制成单缸汽油发动机,并在1885年将其安装在一辆三轮车架上,制成了世界上第一辆三轮汽车。1886年1月29日,本茨取得了世界上第一个“汽车制造专利权”。

在发明汽车的过程中,本茨甘心清苦,埋头于自己的发明工作,他果敢地摒弃在技术上已十分成熟的蒸汽机,而选用了自己并不被人看好的内燃机作动力,反映了他敢于创新的勇气。其次,本茨既能开发生产反映汽车技术最高水平的“高档车”,又能及时调整产品结构,生产适销对路的“普通车”,为公司赢得可观的利润。这一切说明,本茨是一位融技术、经营于一身的新型工程师和企业家。

划时代的汽油机汽车

1891年,法国人庞阿尔和勒瓦索将汽油机改装在汽车前部,汽车便形成自己的独特形式,而不再是装有发动机的马车。到20世纪初,汽油机汽车设计已大体定型两轴四轮,前轮转向,后轮驱动和制动,并采用了充气轮胎和封闭式车身。

在19世纪末和20世纪初,汽车产量小,对民众来说还是一种可望不可及的奢侈品。1908年,美国人福特改革以前生产的车型,制造出了装饰简单、结构简化的实用型T型轿车,对汽车向大众化发展起了很大的作用。

汽车之王——亨利·福特

有“汽车之王”美誉的亨利·福特一世(1863~1947年),是世界汽车史上占据重要地位的先驱者。

1863年,亨利·福特出生于美国的密歇根州。1879年,风华正茂的亨利-福特来到了底特律进入了密歇根车辆公司琼斯机械工厂学习技术。1880年,又在造船公司学习船用发动机技术。1882年后,福特一边工老爷车展上的福特T型车。作,一边在家研制发动机。1893年,福特终于试制成功了1台汽油机。1896年,福特试制成功福特1号车。1899年,福特在底特律财团的支持下担任底特律汽车公司的总工程师,开始试制销售车辆。然而,福特制造大众车型的目标与经营高级大型车的主管经理意见冲突,福特只得离开底特律汽车公司,并在1901年建立了福特汽车公司。底特律汽车公司解散后,经过利兰汽车公司的过渡阶段,又建立了凯迪拉克汽车公司。所以,福特公司与凯迪拉克公司推向市场的1号车都是由亨利·福特设计的。

1908年,亨利·福特采用大规模批量生产的流水线生产方式,推出了著名的T型车,使福特汽车公司一跃成为世界第一大汽车公司。1927年推出的A型车,1932年又推出的V型车,这些都被称为汽车史上著名的“世界车”,成为世界汽车工业发展的重要里程碑。

1947年,亨利·福特走完了自己光辉的一生,与世长辞。

航空业的诞生和发展

航空业的诞生和发展飞天梦的实现

翱翔蓝天是人类自古以来的梦想。经过人类长期不懈的探索和勇敢的尝试,在18世纪产业革命的推动下,1783年法国蒙哥尔费兄弟的热空气气球和查理的氢气气球相继升空成功,标志着人类航空发展的第一次重大突破。

气球作为空中交通工具还存在速度慢的缺点,要在大气层中实现高速飞行,还必须研究比重大于空气的飞行器。1903年12月17日,随着美国莱特兄弟飞机的飞行成功,宣告了现代航空新纪元的到来。

第一次世界大战大大刺激了航空科学技术的发展,军用飞机的性能不断提高,使战争从平面向立体转化。在两次世界大战之间发展起来的民用航空运输事业,使飞机成为与经济发展和人民生活息息相关的交通工具。

人类飞行的探索之路

人类社会飞行的最初探索

在社会生产力低下的年代,人类只能在神话和传说中寄托自己对飞行的渴望。中世纪的欧洲,不断有人对飞行做过勇敢的尝试,他们用羽毛作成翅膀,从塔上或高处跳下,试图模仿鸟的飞行,结果往往以失败而告终。

在很长的一段时期内,人类对飞行的探索进展缓慢。文艺复兴时期的达芬奇科学地研究了飞行问题,但他的研究成果直到19世纪后期才为后人发现,对航空的发展未起到应有的作用。17世纪后期意大利的博雷利探讨了人类肌肉与飞行的关系后,证明:“人类靠自己的体力做灵巧的飞行是绝对不可能的。”达·芬奇当年设计的飞行器模型。热气球的飞行成功中国早在907~960年的五代时期就发明了原始的热气球——孔明灯。人类首次制造成功载人气球的是法国蒙哥尔费兄弟。

1783年6月4日,蒙哥尔费兄弟进行了自己制作的热气球表演。1783年9月19日,他们的一只装乘动物的热气球在空中飞行8分钟后安全降落。1783年10月15日,他们的载人热空气气球上升到26米,飞行4.5分钟后安全着陆。

热气球的鼻祖——蒙哥尔费兄弟

蒙哥尔费兄弟是法国航空先驱和热空气气球发明者。兄J·M·蒙哥尔费(1740~1810)生于阿尔代什省维达隆莱昂纳内,弟J·E·蒙哥尔费(1745~1799)生于阿尔代什省维达隆莱昂纳内。

蒙哥尔费兄弟从事造纸业,曾制造出新式仿羊皮纸和水锤扬水器而成为法国知名的发明家。两人最大的功绩在于研制出世界上第一个热空气气球。1782年,J·M。蒙哥尔费研制的第一个热空气气球仅能升到天花板的高度。后来,兄弟二人用麻布和纸制成一个直径达10米的热空气气球,这种燃烧湿稻草和碎羊毛的热空气气球,于1783年6月4日在昂纳内首次升空成功。同年9月19日,蒙哥尔费兄弟应法国国王路易十六和法兰西学院的邀请前往巴黎凡尔赛宫作表演。他们在气球下面系吊一个笼子,放入羊、鸡、鸭各一只,气球在空中飘行8分钟,被公认为世界上第一个热空气气球。同年11月21日,两名法国人罗齐埃和达尔朗德乘坐此种气球,在巴黎上空飘行25分钟后,平安降落在距起飞地约8.9公里的地方,这是人类第一次升空飞行。

氢气球的飞行成功

蒙哥尔费热气球的升空成功引起了科学界的注意,法国物理学家查理认为气球中充入氢气比热空气会更有效,他用涂以橡胶的绸制成了氢气球(称查理气球)。1783年8月27日,氢气球在巴黎上升到约915米,飘行了约25公里后降落。查理后来又制造了一只更大的气球,球下系以可载人的吊篮。1783年12月1日,他和一位同伴乘这只气球在空中飘行50公里,留空时间超过2小时。

气球的发展

气球的飞行成功激起了人们乘气球飞行的热情。1785年1月7日,法国布朗夏尔和他的一个伙伴乘氢气球从英国飞越英吉利海峡到达法国,这是人类乘航空器首次飞越英吉利海峡成功。18世纪末到19世纪初,气球主要用于军事、体育运动和科学试验。20世纪20年代后,出现了用氦气代替氢气作为浮升气体的氦气球,它比氢气球安全,但价格昂贵。在现代,气球主要用于高空探测。

飞越海峡第一人——布朗夏尔

布朗夏尔(1753~1809)是法国气球飞行的创始人。布朗夏尔早年研制扑翼飞行器,1783年得知法国查理发明氢气球,遂转向气球研制。

1784年,布朗夏尔制成了他的第一个气球。1785年1月7日,他与试验资助者美国杰弗里斯从英国多佛尔升空,飞跨英吉利海峡,降落在法国加来附近的森林中,成为世界上第一个飞渡英吉利海峡的人。1785年6月3日,布朗夏尔在伦敦表演,首次将吊有动物的降落伞在空中从气球上抛下,并安全降落成功。1793年1月9日,布朗夏尔在美国费城进行气球升空表演,美国总统华盛顿曾亲临观看。他还在荷兰、德国、比利时等国乘气球升空约60次。1808年在荷兰海牙的一次飞行中受伤,翌年逝世。

短暂的飞艇航空

飞艇的构造及种类

飞艇是有推进装置、可控制飞行的轻于空气的航空器。飞艇由巨大的流线型艇体、位于艇体下面的吊舱、起稳定控制作用的尾面和推进装置组成。艇体的气囊内充以密度比空气小的浮升气体(氢气或氦气),借以产生浮力使飞艇升空。吊舱供人员乘坐和装载货物。尾面用来控制和保持航向、俯仰的稳定。飞艇的升降调整有多种方法,如改变浮升气体量(放气或充气)、抛掉压舱物(水或沙袋)、利用艇体或翼面的气动升力、改变推力方向等。飞艇按结构型式分为软式、半硬式和硬式三种。

软式飞艇的构造

软式飞艇的艇体由主气囊和前后副气囊组成。气囊用涂胶的密封纤维市制成,内部用张线加强,外形靠充气压力保持。气囊上安装有安全活门,当内外压力超过规定值时自动放气,以保证气囊不被胀破。

主气囊内充以能浮升的氦气或氢气。前、后副气囊内充填空气,可根据需要充压或放气。副气囊的作用是在不排放主气囊内浮升气体条件下,保持主气囊的内外压力差为定值。例如当高度增加、外界大气压力降低时,通过副气囊放气而使主气囊增大容积,从而维持主气囊原来的压差值。设置前、后副气囊还可调节飞艇浮力中心的前后位置。当仅向后副气囊充气时,浮心前移,使飞艇产生抬头力矩。反之,则产生低头力矩。软式飞艇艇体不能过大,主要用于小型飞艇。

半硬式飞艇的构造

半硬式飞艇的气囊构造与软式飞艇相似,但在气囊下部增加刚性的龙骨梁,组成半硬式飞艇的艇体。这种结构增加了艇体的强度,吊舱、推进装置和系留点与艇体连接较为方便。

硬式飞艇构造图硬式飞艇是艇体由刚性骨架外罩蒙布或薄铝皮构成的飞艇。因第一艘硬式飞艇是齐伯林创制的,因此常把硬式飞艇叫做齐伯林飞艇。