航空技術一路走來：這50件大事你可知道？

飛機的發明是20世紀最重大的科技成果之一，是集眾多領域技術之大成的綜合體。本文精選了50件重大事項和50位傑出技術先驅，構成極簡航空技術史。

殲-20戰鬥機

古中華、古希臘、古羅馬，都有大量美妙的飛行神話，但大多是頭腦中的臆想和口口相傳的故事。真正有意義的是古代中國先後誕生的四項有實物依據的航空發明——風箏、竹蜻蜓、孔明燈和爆竹。令人稱奇的是，這四大航空發明所蘊含的科學元素及內在的學理邏輯，恰對應四類現代航空器——飛機、直升機、浮空器和火箭。

1495-1505這十年間，意大利的達∙芬奇（1452-1519年）闡釋鳥兒飛行，做出固定翼滑翔機、旋翼機和降落傘等大量創意設計，累計達35000字。遺憾的是，這些寶貴財富，直到1797年方才公諸於世。但後世的人們，仍能從達∙芬奇超越時代的非凡想象力與創造力中，汲取靈感和教益。

達∙芬奇

1783年，法國約瑟夫∙蒙哥爾斐和艾迪安∙蒙哥爾費兄弟製作的熱氣球實現人類的首次載人飛行；弗朗索瓦∙德∙羅澤爾成為乘坐熱氣球升空的第一人。同年亨利∙查理研製出利用氫氣的氣球，亦稱“查理氣球”，首飛成功。

1784年，法國人皮埃爾∙布蘭卡德實現氣球的空中操控。1785年，布朗夏爾和助手乘自製氫氣球，飛越英吉利海峽。法國是氣球發展與應用的熱土，甚至組建了最早的氣球部隊。

熱氣球

1809年，英國喬治∙凱利製作了表面積達28平方米的滑翔機，堪稱歷史上真正意義的首個航空器。他既是對航空發展有撥正船頭之功的科學家，又是才華罕見的實踐家。1853年，憑借他的滑翔機3號，在公眾面前，表演了人類首次載人飛行。萊特兄弟認為凱利是重於空氣飛行器的真正先驅。

喬治•凱利的滑翔機

在航空技術發展的長時間裡，滑翔機發揮了極其重要的作用。在該領域的傑出代表當屬德國的奧托∙李林達爾。他深入研究鳥類的飛行，並從1891年開始，製造了多架滑翔機，先後完成了兩千余次飛行，積累了豐富研究成果和試飛數據，1896年8月10日，因前一天飛行試驗時失速受傷不治而獻身。

李林塔爾的滑翔機

1843年，英國威廉姆∙山繆∙漢森申請的以螺旋槳驅動的“空中蒸汽車”設計專利被授予。這項設計的研製實驗失敗，仍具有劃時代意義。1881年，俄國莫扎伊斯基獲得發明“空中飛行器”（飛機）的俄國專利權。

莫扎伊斯基

1852年，法國的亨利∙吉法德完成蒸汽動力飛艇的可操縱飛行，這也是人類的首次有動力航空器飛行。1900年，德國費爾南德∙齊伯林製造的世界第一架硬式飛艇首飛成功；1909年他創立以飛艇為工具的航空運輸有限公司，商業航空初興，直到1937年因“興登堡號”空難而衰落。

齊柏林飛艇在康斯坦茨湖首飛

1871年，英國韋納姆建成世界第一座風洞，為開路式木箱結構，利用蒸汽馬達驅動風箱，可產生速度17.9米/秒的氣流。1901年，萊特兄弟也製作了自己的風洞，用於機翼選型試驗。在經歷上千次200余種不同機翼的風洞試驗、取得大量數據的基礎上，確定了翼型，完成了飛機設計。1902年，俄國茹科夫斯基也在莫斯科大學領導建設了風洞。（風洞是最為重要的地面試驗設施之一，採用逆向構建飛行環境，即人造氣流吹動試驗實物或模型的方式，模擬飛行，獲取數據，以研究空氣動力學規律，驗證飛行器氣動布局和性能計算）

萊特兄弟的風洞（複製品）

1890年，法國的阿代爾製造了一架取名“風神”的撲翼機，該機裝有兩台蒸汽發動機，在實驗時曾飛離地面20cm，飛躍了50m距離。雖不能稱為真正的成功，卻昭示了仿生飛行的潛質。在迄今的130年裡，因各種原因，撲翼機發展緩慢，工程實用尚待時日。

阿代爾的撲翼機

1896年5月6日，美國山繆∙蘭利設計的有動力、重於空氣、非載人、大尺寸飛機試飛成功，為世界首例。但在隨後進行的多次載人飛行中，均因動力不足和結構強度不夠而未獲成功。其中最後一次試飛發生在1903年12月8日，萊特兄弟成功前9天。但蘭利雖敗猶榮，作為19世紀美國科技領軍人物，他的貢獻是多方面的，享有崇高地位。美國第一艘航空母艦和著名的空軍實驗室均以蘭利命名。

山繆∙蘭利

1903年12月17日，美國的威爾伯∙萊特和奧維爾∙萊特兄弟，使用他們自己設計製造的“飛行者1號”飛機，成功完成人類第一次載人、有動力、可控飛行，開啟了航空新紀元。萊特兄弟的成功直接技術原因是：自行改製適用的發動機，良好的構型與機翼設計，以及首創和採用翹曲機翼。（翹曲機翼的原理是，通過操縱機構，使一側的機翼產生翹曲和扭轉，該側機翼升高，機身則會朝機翼較低的另一側轉向。在用機翼翹曲控制側傾的同時，又用前置升降舵控制俯仰，尾舵控制偏航）

飛行者一號

1906年，巴西人阿爾貝托∙桑托斯∙杜蒙設計製造的“14比斯”盒式雙翼機在巴黎飛行成功，被官方承認為“歐洲首次持續、有動力、可操縱的飛行”，在其中一次飛行時創造的37.36km時速，還被新成立的國際航空聯合會（FAI）記為第一項飛行速度世界紀錄。

杜蒙有多項航空發明和飛行記錄，但他放棄一切專利權聲索，表示一切成果歸眾人。他在1932年7月23日自殺，年僅59歲，原因竟是對航空器用於戰爭深惡痛絕，遺言是“我發明了世界的苦難”，令人嗟歎！

“14比斯”盒式雙翼機

1907年，美國的格倫·哈蒙德·寇蒂斯發明了副翼和副翼操縱系統。通過在機翼後緣上設置鉸接擋板，安裝對稱的操縱面，通過左右差動偏轉造成升力差，來維持飛行穩定性。這項設計是一項足可載入史冊、至今仍在應用的偉大發明。

寇蒂斯飛機公司研製的各型飛機在第一、二次世界大戰中，成為美國軍用飛機的主力。其中1938年問世的寇蒂斯P-40型戰鬥機，共生產13738架，是美國與盟國的主力戰機之一。

寇蒂斯P-40型戰鬥機

1907年，法國的路易∙布雷蓋兄弟與裡歇共同研製完成名為“陀螺飛機1號”的直升機，試飛時離地僅1.4米。同年，保羅∙科爾尼也研製出一款載人直升機，試飛時離地30cm高度，但懸停了20s，該機無操縱功能。1911年，俄國人尤裡耶夫發明自動傾斜器，解決了直升機的平衡與操縱問題。1932年，西班牙人胡安·切爾瓦發明了鉸接式旋翼，推動了直升機技術的發展。

“陀螺飛機1號”直升機

1909年，旅美華僑馮如（1884-1912年）設計製造的“馮如1號”飛機成功飛上藍天。1911年2月，馮如回到祖國，投身辛亥革命。1912年8月25日，馮如在飛行表演中不幸犧牲，年僅28歲。馮如被尊為“中國首創飛行大家”和“中國航空之父”。中國航空界將1909年定為中國現代航空元年。

“馮如1號”飛機

1910年3月，法國人亨利∙法布爾設計的浮筒式水上飛機首次試飛，為航空器增添了一種新的類型。同年7月，中國人譚根研製成功水上飛機，並在芝加哥萬國飛機比賽中獲獎。1911年，美國寇蒂斯研製成功世界第一架實用型水上飛機，實現在艦船上著艦。1916年，波音公司成立後的“第一桶金”來自海軍的50架水上飛機（C型機）訂單；擔任波音首位工程師的王助（1893-1965年）為解決該機的操縱穩定性問題做出傑出貢獻。

波音B-1水上飛機（複製品）

1910年，羅馬尼亞的亨利∙科恩達（1886-1972年）研製出一款試驗飛機；他用1台活塞發動機，帶動一個管道內風扇轉動，驅動空氣向後噴出，產生反作用推力，被認為是世界首架原理性噴氣飛機。科恩達的這次試飛未獲成功，但其創新意義非凡。

科恩達1910飛機

1911年，飛機被意大利遠征軍用於空中偵察；同年，墨西哥內戰革命軍雇傭美國飛行員埃文蘭伯，駕駛“寇蒂斯”式飛機，與政府軍的一架偵察機在空中用手槍互射，開創了空戰先例。同年11月，在意土戰爭中，意大利空軍首次從飛機上向敵方地面投擲榴彈，為空中轟炸的發端。

柯蒂斯JN-4飛機（複製品）

1912年，機槍被搬上萊特B型飛機。第一次世界大戰初，法國人把帶活動支架的重機槍裝到飛機後座上，由觀察手兼任後射機槍手。1915年，第一次成功的軍事空中攝影由英國皇家陸軍航空隊實現。1917年，一戰結束前，德國研製的“光學轟炸瞄準具”問世，為初始的火力控制裝置。

萊特B型飛機（複製品）

1914年，在美國佛羅裡達州開辟了一條飛越海灣、連通聖彼得斯堡和坦帕的旅遊航線，飛機被首次用於定期商業客運。1919年，巴黎—布魯塞爾航線開通，使用法爾芒公司由轟炸機改16座飛機，為世界首條國際商業客運航線。

1915年，荷蘭的安東尼·福克爾研製成功機槍射擊協調器。（原理是在螺旋槳軸上安裝一個凸輪，突起部分對應螺旋槳片的位置，當槳葉與槍管成一線時，機槍自動停止擊發）

這一看似簡單的天才設計改變了空戰雙方的能力態勢。在一戰中，德國率先將這一發明用到福克-E型單翼飛機上，擊落大量協約國的飛機。由此，福克-E也被認為是世界第一種真正實戰意義上的戰鬥機。

福克E-III飛機（複製品）

1915年，世界上第一種使用鋼材的全金屬飛機J-1“錫驢”由德國容克斯設計製成，首飛成功。1919年，容克斯又研製出世界上第一架全金屬結構的、專門設計的客機J.F13，該機還成為世界上首款採用封閉式客艙、座椅系安全帶、機艙內裝有暖氣的客機。從以木料為結構材料，到全金屬飛機的出現，飛機的性能有了巨大提升，開辟了新的進步途徑。

容克斯J.F13客機（複製品）

1933年，具有全陽極氧化鋁結構的波音247型客機首飛成功，它以流線型外型、可收放起落架和自動駕駛儀、除冰器等配置，成為第一種現代客機。

波音247型客機（複製品）

1919年，英國阿爾科克和布朗駕駛“維米”轟炸機，從美洲紐芬蘭的聖約翰斯向東飛行，抵達愛爾蘭的克利夫登，實現人類首次不著陸飛越大西洋。1927年，經33小時從紐約到巴黎的飛行，美國查爾斯∙林德伯格（林白）完成單人不著陸跨大西洋飛行壯舉，也標誌著飛機遠距離飛行性能的歷史性進步。

“維米”轟炸機（複製品）

1920年，美國人在“戴頓-萊特”競賽飛機上首次安裝了可收放式起落架，性能良好，並使競技成績大為提高。迄今，除水上飛機和少數小型飛機外，可收放式起落架已是多數航空器的必選。

“戴頓-萊特”競賽飛機（複製品）

1923年，美國陸軍航空隊在DH-4B飛機上完成世界首次空中加油。1933年，蘇聯進行了第一次空中加油試驗。1934年，英國進行了轟炸機的空中加油。1938年，英國研製出最早的空中加油機A.W.23，該機為帝國航空公司提供空中加油服務。

DH-4B飛機

1927年，電動陀螺儀被首次裝在飛機上。陀螺儀具有空間定向能力，是飛機導航儀表和自動駕駛儀的基礎器件。電動陀螺儀的裝機，為實現飛機的自動飛行創造了條件。最早裝於飛機的電動陀螺儀是1914年由美國人斯派雷製成的。

1927年，英國皇家飛機研究所研製出“喉”式單翼無人機，成功飛行了480km，被認為是世界最早的無人機。1933年，英國的“仙後”靶機問世，該機採用無線電遙控，是最早的實用型無人機；隨後，在1934-1943年間，先後有420套“虎蛾”雙翼教練機被改製成無人機。

隨著無線電控制和慣性導航技術的進步，1939年，美國雷吉納德∙丹尼和他的無線電飛機公司製成RP-1遙控飛機，至二戰結束，美軍共採購15000架，改製成靶機；後經多次改進，累計生產48000余架。

雷吉納德·丹尼和他的RP-1靶機

同年，德國研發出能攜帶1噸炸彈、執行投放任務後可返回基地的遙控無人攻擊機，被認為是現代攻擊無人機的鼻祖；後在此基礎上，催生出著名的V-1導彈。50年代中期，美國陸軍將RP-71型靶機改製成AN/USD-1戰場監視機，為世界首架實用型無人偵察機。

AN/USD-1戰場監視機（複製品）

1936年，德國人福克∙沃爾夫成功試飛了載人直升機FW-61，被公認為世界首架技術成熟的直升機。同年，俄裔美國人伊戈爾∙伊萬諾維奇∙西科斯基研製成功單旋翼帶尾槳直升機VS-300。直升機的實用化進程由此開始。

FW-61直升機（複製品）

1937年，英國弗蘭克∙惠特爾研製出世界首台離心式壓氣機渦輪噴氣發動機（壓氣機由後面的燃氣渦輪帶動，故稱渦輪噴氣發動機，簡稱渦噴）。1938年，德國人漢斯·馮∙奧海因研製成功軸流-離心組合式壓氣機HeS3渦噴發動機。1939年，配裝HeS3發動機的He178飛機完成首次飛行試驗，開啟了人類航空的噴氣時代。

He178飛機

20世紀30年代，適航概念及適航管理從國際海商法中引入航空領域。這是民用飛機安全技術的重要進步。（適航性是指，航空器整體性能和操縱性特性，在預期使用條件下保持其安全性和物理完整性的品質。適航管理是以保障航空器的安全性為目標，以適航標準為依據的技術管理，分為初始適航管理與持續適航管理，以保證航空器在全壽命周期內的安全性）

1935年，德國阿道夫∙比斯曼提出後掠翼概念和理論；1942年，首次採用後掠翼機翼的德國Me-262噴氣戰鬥機試飛成功。後掠翼指機翼各剖面沿展向後移，可推遲激波出現，提高臨界馬赫數，有利於飛機跨聲速飛行。二戰後，蘇、美也相繼研製出後掠翼飛機，現已成為戰鬥機的主流樣式。

Me-262戰鬥機

1937年，英國人鮑恩研製出一種小型雷達，安裝在“安森”號飛機上；這是世界上第一種安裝雷達的飛機。較之地面雷達，機載雷達的作用範圍更加寬廣。它已成為大中型飛機全天時全天候安全飛行的基本配置，也是軍用飛機最重要的目標探測裝備。

“安森”號飛機

1939年，英國航空委員會首次提出可靠性概念。二戰中，德國有80多枚V2導彈在發射台上就發生了爆炸；美國因機載設備失效損失的飛機，是被擊落飛機數量的1.5倍。由此，可靠性問題受到重視。到20世紀50年代，發展成一門分支學科。

V2導彈

可靠性通常被定義為：產品在規定條件和規定時間內，完成規定功能的能力。通常用平均故障間隔飛行小時和平均故障間隔時間分別作為飛機全機和設備的可靠性度量參數。在工程上，確保可靠性的主要環節是可靠性設計。

1944年，德國首先研製完成X-4型有線製導空空導彈，因二戰即告結束而未投入戰場使用；從20世紀50年代中期以來，空空導彈獲得快速發展。通常分紅外、雷達和複合等不同製導方式，近距（20km內）、中距（20-50km）和遠距三種射程。20世紀50年代初，另一種機載製導武器——空地導彈出現；空地導彈包括戰略和戰術兩類，在執行打擊和摧毀地（水）面目標的作戰任務中，作用巨大。

X-4型有線製導空空導彈

空空和空地導彈因其發射平台機動、攜初始能量、能自動跟蹤和高效毀傷目標，成為各類戰機的主要配置武器，至今各自都經歷了四代產品的發展。我國空空導彈系列以“霹靂”命名，已整體步入世界先進水準。

1947年10月14日，貝爾公司研製的以火箭發動機為動力的X-1研究機由B-29飛機帶到空中投放，查爾斯∙耶格爾上尉駕駛X-1機在12800m高空首次突破聲障，速度達到1.015馬赫數（1078km/h）。由此，航空進入超聲速時代。

X-1研究機

1947年，英國羅爾斯·羅伊斯公司研製的“康維”渦輪風扇發動機開始台架試車，1959年定型，是世界上第一種批量生產、並用於客機（B707、DC-8等）的渦扇發動機。從上世紀70年代開始，渦扇發動機逐漸成為主要動力。

在技術上，向低涵道比加力和高涵道比兩個方向發展。前者主用用於戰鬥機，後者主要用於運輸類飛機。實用化的高涵道比渦扇發動機分別首先用於美國C-5A軍用運輸機和B747-100大型客機，而後成為運輸類飛機的主流動力。（涵道比是指渦扇發動機的外涵道空氣流量與內涵道空氣流量之比，涵道比高，發動機的推進效率高，耗油率低。）

波音747-100B客機

20世紀40年代，玻璃纖維增強型複合材料問世；20世紀60年代末，高性能碳纖維初步商業化，以連續碳纖維增強的高性能樹脂基複合材料應運而生。B787和A350XWB兩款大飛機的複材用量分別達50%和52%的，除起落架等少數部分外幾乎所有構件都是複材製造的；B787的筒形機身已可整體成形。

波音787、空客A350XWB客機

1950年，美國斯佩裡公司研製的第一部慣性導航系統誕生，並在道格拉斯DC-3客機上試飛。70年代後，另一種能夠提供高精度三維位置、速度和精密時間信息的導航系統——全球衛星導航定位系統得到發展，美國的GPS和俄羅斯的GLONASS，分別在1994年和1995年建成，我國的“北斗系統”即將部署完畢。

道格拉斯DC-3客機

1952年，世界首款噴氣式客機——英國德∙哈維蘭設計製造的“彗星號”投入運營，該機採用四發，巡航速度788km/h。遺憾的是，在1953年至1954年間因機身疲勞斷裂，3次引發空難，後退出歷史舞台。

1958年投入航線運營的波音707飛機，由於採用了多項新技術，其性能優良，單座運營成本甚至低於螺旋槳飛機，成為最成功的的噴氣式客機；它的成功標誌著世界民航運輸業進入全球化、大眾化新時期。

“彗星號”、波音707客機

1956年9月27日，由美國貝爾飛機公司研製的X-2驗證機在試飛中速度達到3.196馬赫數，首次突破熱障，創造這一記錄的試飛員是梅爾本.阿普特。突破熱障的代表機型有蘇聯米格-25戰鬥機和美國RS-71戰略偵察機。（熱障是指飛機在稠密大氣中作超聲速飛行時，因氣動加熱所帶來的結構、材料的強度下降甚至性能破壞問題，一般將2.5馬赫作為熱障的界線）

從B-50母艦掉落後的X-2驗證機

1969年，英國研製的AV-8“鷂”式垂直起降飛機開始服役，是世界上第一種實用的垂直起降戰鬥機；但其滿載時只能短距起飛。蘇聯的雅克-30“鐵匠”也達到了實用程度；1971年首飛，1976年服役。

雅克-30“鐵匠”、AV-8B“鷂”式戰鬥機

2008年，美國“短距起飛、垂直降落”的F-35B（STOVL）完成首飛，2013年列裝。具有垂直起降功能的另類為美國V-22“魚鷹”，它採用可轉動噴管發動機與可傾轉旋翼的組合構型；1999年交付美海軍陸戰隊使用。

F-35B戰鬥機、V-22“魚鷹”傾轉旋翼機

20世紀60年代，飛機結構設計思想和方法由此前傳統的靜強度設計開始發生重大變革。因英國“彗星”號飛機在1954年前後連續發生空中解體事故，而空難原因判定為金屬疲勞，而引入疲勞-安全壽命設計。又因在1968-1969年間密集發生的因斷裂而生的事故，引出耐久性-損傷容限設計。

結構設計思想與方法的變革是航空技術進步的一個重要方面，對於提高飛機的安全性具有至關重要的意義。

1968年，在總設計師喬·薩特的領導下，美國波音公司的400座級客機B747出廠，該機為世界首款雙通道客機，使用四台渦輪風扇發動機，商載90噸，航程13000KM，該機採用客貨兩型並行開發的技術途徑，是有史以來最成功的民機機型之一。

2007年，空中客車550座級的A380投入使用，取代B747成為全球載客量最大的客機，該機是首架真正意義上的雙層客機，經濟性優異。

空客A380客機

1974年，世界上第一種採用主動控制技術和電傳操縱系統（模擬式）的飛機—F-16A/B戰鬥機試飛成功，標誌這項技術從C-1型自動駕駛儀（1943年裝於B-17E轟炸機）開始，經30年發展，成長為一個可靠的功能系統。1978年，該機交付使用。1985年，採用數字式電傳操縱系統的F-16C/D入役。1988年，空客A320成為最先採用電傳操縱系統的客機。

B-17E轟炸機、空客A320客機

1976年，英國、法國聯合研製的“協和號”超聲速客機投入航線運營，這是世界第一款、也是迄今唯一一款超聲速商用客機，堪稱集成當時先進航空技術的傑作。由於音爆噪聲，以及經濟性差、載客量偏小、運營成本較高等問題，在2000年7月發生的一場非飛機原因的事故後，於2003年全部退役。同期，蘇聯的圖-144也研製成功，但未真正投入客運，1989年退出貨運。而美國波音的2707超聲速客機中途下馬。

“協和號”客機、圖-144客機

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1982年，法國達索系統公司向全球發布CATIA第1版本，連同在此前後一大批計算機輔助設計、工程、製造和數據管理軟體的開發與應用，標誌著全球航空工業跨進數字化新階段。

波音公司的B777項目是世界首例進行100%數字化設計和裝配的大型客機。我國的新“飛豹”戰機是國內首次實現全機三維設計和電子預裝配的飛機項目。

“飛豹”戰機

1983年，美國戰鬥轟炸機F-117A正式交付部隊，這是世界首款全隱身設計的飛機，標誌隱身技術的實用化。此後，美國研製的B-2、F-22、F-35等飛機，以及多型巡航導彈、反異塵餘生導彈等武器，也都採用了隱身設計。（隱身亦稱低可探測性，該項技術的實質是極力降低飛機的雷達、紅外、雷射、短時、目視及聲學特徵，使己方難以被敵方探測設備發現與跟蹤。雷達隱身，即減縮飛機雷達反射截面積，是飛機隱身技術的重點）