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人类想“飞上天”有三种方法
文章字数:1263
  飞天,一直是深藏在人类心中的梦想,因为这个梦想,我们有了纸鸢、氢气球以及现代飞行器。翻看航空航天相关的书籍文献,你会发现:目前,人类飞上天的方法只有三种。
  变得比空气更轻
  在标准状况下,空气的平均相对分子质量为29,只要能找到比空气分子量更小东西,它就能在空气中飘起来,如果足够“轻”,甚至能把人带“飞”,如氢气球、氦气球等。
  中国第一个氢气球是由晚清军工专家华蘅芳制造的,他制造氢气球的方法,在今天看来其实很简单,就是利用强酸和金属反应产生氢气,然后再将氢气充入气球内。
  我们熟悉的热气球,则利用热气代替比空气更轻的氢气或氦气,由于气体的密度与绝对温度成反比,因此可以通过升高温度来减小气体的密度和质量,从而达到比空气轻的目的。古老的孔明灯是最早出现的热气球。
  氢气球也好,热气球也罢,二者虽然都很好,却难以控制它们的飞行方向,为了更好地控制飞行姿态和方向,同样基于“变得更轻”的思想方法,人们设计制造了飞艇。飞艇把比空气更轻的气体(一般使用安全性更好的氦气)充入内部,用以提供升力,然后在飞艇上安装发动机为飞艇水平移动提供推行动力并借此来控制飞行姿态。
  制造空气压差来升空
  当物体在空中飞行时,使上表面空气流速大于下表面,形成空气压差,也是实现飞行的一种方法。当上下表面存在空气压差,物体就可以获得一个升力,要是这个升力大到足够克服地球引力,物体就可以离开地面了。
  鸟类能够飞行的主要原因是因为它们掌握了“制造空气压差”的飞行知识。当鸟儿在空中滑翔时,空气在翅膀上、下部形成压强差,产生一个向上的升力,从而可以把鸟儿托在空中而不至于往下掉。除此之外,鸟类采用积极主动的扑翼飞行来产生一定的气动升力,鸟类的翅膀在扑动时,相当于飞机的螺旋桨或喷气推进装置,使鸟类可以保持持续的飞行状态。
  不过,当人们开始了解空气动力学并研制出像风筝一样的固定翼飞行器时,成功飞天的现代交通工具——飞机得以诞生。飞机和风筝的飞行原理一样,都是通过机翼上下表面的气流速度不同,制造气压差,进而获得升力。
  总而言之,不管是鸟类、风筝、螺旋桨、喷气式飞机还是直升机,它们都是通过“制造压差”的方法飞行的,只不过它们获得上升条件的形式不一样。
   向下喷射物质获得飞天动力
  假如我们飞天的目标是冲出地球,那么前两种方法也许就不太适用了,因为太空中是一个失重环境,基本没有空气也制造不了压差。所以需要借助其他力量实现飞行。
  对于火箭来说,由于火箭内部不仅携带了燃料,也携带了氧化剂,因此发动机不需要空气也可以工作。另外,燃料和氧化剂在发动机燃烧室里燃烧,产生大量高压气体,高压气体从发动机喷管高速喷出,进而火箭获得一个沿气体喷射相反的反作用力,使火箭升空飞行。
  这种向下喷射物质实现飞行的方法,其实早在17世纪,牛顿就很清晰地进行了描述:“如果以一定速度向后抛出一定质量,就会受到一个反作用力的推动,向前加速。”
  虽然,目前人类已经掌握的飞行方式无外乎“变得比空气更轻”“制造空气压差”“向下喷射物质获得飞天动力”这三种,但是在不远的未来,一定会有更多的人发现更多切实可行的飞上天的办法。 (肖君柏)

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