蒸汽动力 从飞机到航母上的弹射器(1)
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蒸汽是一种古老的动力，蒸汽机是一种将蒸汽能量转换为机械功的往复式动力机械。世界上第一台蒸汽机是由古希腊数学家亚历山大港的希罗于公元1世纪发明的汽转球，虽然它只是一个玩具，依然可视为蒸汽机的雏形。
18世纪，蒸汽机经瓦特等人改良后，开启了人类历史上最为轰轰烈烈的一次革命——第一次工业革命。直到20世纪初，蒸汽机仍然是世界上最重要的原动机，后来才逐渐让位于内燃机和汽轮机等。
最近，网上出现了一款名为“蒸汽战机”的电子游戏。这是一款回合制的飞机射击战斗游戏；游戏主角乘坐的是古老的蒸汽战机，玩家驾驶蒸汽飞机，使用枪械、导弹或者毒气来打败敌人，完成一个关卡后即可进入下一关卡。每通过一关，玩家乘坐的蒸汽飞机的火控系统和性能都会升级，并有新的任务需要完成，游戏整体颇具挑战性。令人感到新奇的是，玩家在玩此款游戏的同时还能体验到早年蒸汽飞机时代的感觉，这一点在音乐和游戏界面上都得到了体现。
讲到这里，有航空爱好者可能会问，人类历史上真的出现过蒸汽飞机吗？蒸汽作为一种动力源，今天是否仍在飞机上有用武之地？下面，我们就来聊聊这个话题。
蒸汽动力飞机
众所周知，世界上第一架载人动力飞机是美国莱特兄弟(即威尔伯·莱特和奥维尔·莱特)于1903年最早发明的；然而，关于现代飞机是谁发明的问题，史学界一直存在着另外一些截然不同的说法。譬如，在苏联史学家诺索夫主编的《苏联简史》一书中直截了当地写道：“俄国军事工程师亚费·莫扎伊斯基(1825～1890)制造了世界上第一架飞机。”值得一提的是，莫扎伊斯基不仅在年代上远早于莱特兄弟，而且他的飞机是一款以蒸汽作为动力的飞机。
据苏联另一位史学家涅奇金娜主编的《苏联通史》记载，俄国第一架飞机的制造者莫扎伊斯基是一位海军少将。1881年，他曾设计、制造了一款单翼的蒸汽飞机。这款飞机具有机身、机翼、起落架、动力装置、水平和垂直的操纵系统，即有现代飞机的所有主要部件，还获得过专利特许证。1882 年7月20日，在靠近圣彼得堡的红村，莫扎伊斯基举行了世界上第一架飞机的首次试飞。一位目击者写道：“莫扎伊斯基的蒸汽飞机靠轮子在地上滑行，然后像鸟儿那样腾空飞起……”
苏联科学院主编的《世界通史》中这样介绍，莫扎伊斯基在1882～1885年试制的几款飞机上均使用蒸汽发动机。他的飞机问世之后，人们备受鼓舞，1886～1890年，法国人阿代尔也先后造了4架蒸汽动力飞机；1893年，英国工程师马克西姆造了一架大型蒸汽飞机；1896年，美国人兰利则造了一架以蒸汽机作为发动机的飞机模型……
事实上，除了莫扎伊斯基、阿代尔、马克西姆和兰利的蒸汽飞机之外，有记载表明，早在莱特兄弟的飞机试飞成功之前的1848年，英国人威廉·亨森就发明了一款名为Aerial steam carriage的蒸汽飞机。该飞机应该是航空史早期最接近成功的蒸汽飞机尝试了。毕竟，威廉·亨森有一个大比例飞机模型被实际制造了出来，并且成功离地很小很小一点距离。不过，这个设计终究不会成功，因为作为一架重达1.4吨的飞机，它的蒸汽发动机功率只有可怜的37千瓦。要知道，当今世界知名通用飞机公司RV生产的RV7单人飞机，引擎功率为149千瓦，但总重量仅有约200千克。这种情况下，必须要有极其出色的气动设计才能让飞机飞行；而當时的设计水平显然还达不到要求。亨森的飞机翼展46米，对机翼材料、结构的强度与刚度要求很高，那个时代的材料水平显然是无法实现的。
通过以上分析，人们至少可以确定一点，在莱特兄弟的飞机试飞成功之前，俄、法、英等国的确出现过若干款以蒸汽为动力的飞机。
长期以来，俄国、法国和英国国内一直有一种声音，声称“本国最早制造了飞机，是飞机的发明国”。尽管这些说法并未被世界公认，但事出有因，上面种种说法也并非空穴来风。
和前面提到的蒸汽飞机相比，莱特兄弟的飞机出现得较晚，为什么却得到“世界上第一架飞机”的美誉呢？我们不妨来分析一下莱特兄弟飞机的发动机。
据《新编剑桥世界近代史》一书中记载，莱特兄弟在1903年制造出的飞机是一款以汽油内燃机为动力的飞机，功率为12匹马力。这种汽油内燃机既轻便又紧凑，可通过链条带动木质螺旋桨产生强大的拉力。尽管如此，1903年12月17日，莱特兄弟俩带着自制的飞机来到北卡罗来纳州基蒂霍克附近的沙丘，一开始两次试飞接连失败，第三次才勉强飞出了“滞空12秒，距离120英尺，高度3米”的成绩……在现代人眼里，这个成绩太差强人意了，但在当时史无前例，世界上第一架内燃发动机飞机试飞成功了!
细心的读者可能会注意到，莱特兄弟在1903年试飞成功的飞机，其动力来自于内燃机，而不是前面谈到的蒸汽机。
关于内燃机在飞机上的应用，最早可追溯到1896年。当时，一位叫捷尔费尔特的德国设计师首次把使用液体燃料的内燃发动机装在飞艇上，并大获成功。之后，内燃机经过不断改良，为莱特兄弟制造飞机奠定了基础。
和蒸汽机相比，内燃机无论是在效率、爆发力，还是在重量、体积上，都有着绝对的优势，是一种相对先进的动力装置。莱特兄弟制造的飞机装备了一台8.8千瓦的内燃机，动力如此强劲，才飞出了“滞空12秒，距离120英尺，高度3米”的成绩。
可以想象一下，莫扎伊斯基、阿代尔、马克西姆等人的飞机装着笨重的蒸汽机试飞，会是一种怎样的场景。
复原古希腊蒸汽飞机
2017年7月27日下午，一架2400年前的古希腊蒸汽飞机复制品在同济大学彰武路校区成功完成了发射试飞。在蒸汽阀门开启瞬间，这架仿古代飞机驶离蒸汽动力端，龙跃而起，直冲向前；在空中优美划过数米弧线后，平稳落地，向人们展示了古希腊文明的神奇魅力。 (沈玉清 沈海军)