【科学 教育】保罗۰麦克雷迪



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送交者: CHI 于 December 07, 2007 14:20:00:

去年在屯子里过年,跟乡长等老少爷们儿划拳喝酒时,扯起了这些年的好日子。乡长说,“这么说吧,要说挣钱,各家倒是都挣着俩钱儿,现在想吃啥就买点啥。要想更发实,就不易了。主要是咱这嘎达太吊远,上哪儿去都不近便,等着高速(公路)修到咱屯子,那得猴年马月呢?” 我说,“不用等高速修到咱屯子,咱们自己造飞机,人力飞机,到时侯坐飞机去闯(音创)门子。”听完我这番话,众爷们齐声“哈哈哈哈……哈哈哈… 啊…哈哈哈哈…哈哈哈哈…”,“老CHI头啊,你可真能逗扯姆们,笑死我了!” 我接着说,“不是逗扯,是完全可能的。”然后我讲了以下的故事。

美国有个如痴如狂的发明家保罗۰麦克雷迪(Paul MacCready, 1925-2007),他毕生专心于发明飞机,尤其是发明人力飞机和太阳能驱动的飞机。在童年时他就沉迷于依卡勒斯(Icarus, 希腊神话中的飞行之神)用腊粘的翅膀向着太阳飞去的故事。长大以后,他系统地搜集了人类飞行器的研发纪录:从十五世纪意大利的但提(Giovanni Battista Danti)坠毁在比萨教堂的屋顶,到十七世纪的伯努恩(Charles Bernouin)被自制的火箭戳死。

同咱们一样,保罗也是屯子人儿。他的基本航空技术都是从飞行动物那里学来的,先是从飞蛾和蝴蝶那学。他又从十九世纪博物学家约翰۰亨利 (John Henry)和安娜۰科斯托克(Anna Botsford Comstock)的记录中学习鳞翅目昆虫翅膀中血管的进化过程。之后,他便完全埋首于自制模型飞机。开始时是组装,从城里买来的成套飞机模型散件自己粘接。这一类的飞机模型多为固定机翼式。进一步地,他又发展出拍动机翼式的模型飞机。动力系统也由起初的无动力到橡皮筋动力到微型汽油发动机这样的逐步升级。带着这些自制的模型飞机,保罗参加了许多少年模型飞机展暨少年模型飞机比赛。通过这些活动,少年保罗逐渐意识到,好的飞机须有长的机翼,而且自重要很轻。从此,他立志将机翼做得更长更轻,这是他明确的努力方向!

为了这个目的,他开始向鸟儿学习。夏日里,他忘我地注视着天空中的飞鹰,注意到它们浮在那上升的热气流中,长时间地翱翔,忽而轻轻地拍打着优雅的双翼,闲适,不费吹灰之力。在转弯时,它们只需倾斜一下双翼,提高外翼而压低内翼,这样既保持了飞行高度,又几乎没有耗费任何能量,太漂亮了!保罗用这个原理设计出人力飞机。翼展越大,飞行所需的能量则越低。定量地说就是,如果翼展达到33米,则只需0.3 马力即可保持飞行状态,这样的飞机能飞多远,只取决于飞行者的腿能走多远了。保罗由此发展了他自己的飞行动力学理论(MacCready theory),并设计展示了他的飞机“飘柔信天翁(Gossamer Albastross)”号。该机主体为聚脂薄膜,薄膜内包裹着碳纤维和聚苯乙烯(全都是高分子材料,有更轻的吗?),人力驱动。1979年,它成功地飞行了35 公里,横跨英吉利海峡。

进一步地,保罗使用太阳能驱动。他将一个废弃的光伏打电池伞(多晶硅的,如果是薄膜的就更带劲了!)安装在飞机翼上,这个电池可提供400 瓦额外的能量。接着他又同杜邦公司(DuPont)合作造了一架全太阳能驱动的飞机——“太阳挑战者(Solar Challenger)”号。该机于1981 年以3600米的高度成功地从巴黎飞到坎特伯雷 (Canterbury),全程约260 公里。保罗称这次飞行是“乘着阳光飞行(Flying on sunbeams)”。美国宇航局(NASA) 对此很感兴趣。保罗又为宇航局造了一架巨大的无人驾驶飞机,66米长的机翼整个布满太阳能电池板。在装备必要的摄像和检测设备后,该机可在一万七千米的高空飞行六个月,用来监测环境或执行谍报工作。

保罗是很现实的人,也很会做买卖,并带点儿苏格兰老屯的性情。他很清楚,眼下他的一些发明还不易推广。他创办了自己的公司,阿罗维门特公司[AeroVironment(AV)], 并领导了这个公司长达三十之久。他自己认为AV 公司只是个生产原始思想的公司,人们在短时间内还不能像骑自行车那样来“骑飞机”,甚至不能广泛使用太阳能汽车(AV公司做的太阳能跑车曾穿越3200公里的澳大利亚沙漠)。但他的着眼点是促使人们思考能源利用效率,启发青少年投身科学,并勇于试验,享受创新。

保罗毕业于耶鲁大学,后在加州理工学院获得博士学位。在他生命的后期,他又重拾少年时的兴趣——放风筝。飘高300多米的巨大风筝可以从高空风中“抽取”巨大的能量,也可以探测高空音频信号,还可能给地面的汽车提供推力。对保罗来说,这是重温旧梦:在云中飞翔。在他还是学生时,他研究过云中的湍流,获得过滑翔比赛的冠军。他曾在山岭上滑翔,在波涛汹涌的海浪上滑翔,在热气流上滑翔。为此他还发明了一个小仪器:麦克雷迪环(MacCready ring),它可显示滑翔的最佳速度,以避免在不同气流条件下失去所需的滑翔高度。有时候他意识到,这一运动过于危险,但到他79岁时,它突然宣布他还要再玩。

… …

老少爷们儿听完这个故事后问了许多问题:“这个保罗是哪个屯子的?” “造一个脚蹬的飞机得多少钱?”… …看看,屯子里对飞机的兴趣真高!




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