喬治·凱利(英國空氣動力學之父)

是十九世紀的英國人，空氣動力學之父。

基本介紹

• 中文名：喬治·凱利 
• 外文名：George Cayley
• 國籍：英國 
• 出生地：英國
• 出生日期：1773年12月27日 
• 逝世日期：1857年12月15日 
• 畢業院校：未知 
• 主要成就：空氣動力學之父 
• 代表作品：《論空中航行》 

譽稱由來

奧維爾·萊特曾說：“我們的成功完全要感謝那位英國紳士喬治·凱利，他寫的有關航空的原理，他出版的著作，可以說毫無錯誤，實在是科學上最偉大的文獻。”西方一些研究空氣動力學的專家稱喬治·凱利為空氣動力學之父。

喬治·凱利

教育背景

喬治·凱利，1773年12月27日出生於英國一個有地產的紳士家庭，凱利早期受過很好的教育。父母為了滿足他的求知慾望，聘請英國當時著名數學家喬治·瓦克作他的家庭教師。沃克在教學過程中發現凱利聰明過人，勤奮好學，有意識地向他灌輸自然科學領域各學科的知識，為他以後在航空科學上做出開創性貢獻和在自然科學諸多領域均有建樹打下良好的基礎。

構思的由來

凱利10歲那年，親眼看見法國第一次載人氣球飛行。那雀躍歡騰的熱烈場面、驚心動魄的緊張時刻以及凱旋的天之驕子，都使他激動不已。這一切在他那幼小的心靈中播下了飛天的種子。他想，輕於空氣的氣球能升天，那比空氣重的鳥兒為什麼會在天上翱翔呢？於是，他開始構思重於空氣的航空器。

試驗經歷

1792年，他開始用一種玩具作一連串的試驗，這就是從中國傳到歐洲的“竹蜻蜓”。

1796年，凱利在科學計算的基礎上製作出第一個飛行器——相對旋轉的模型直升機。

1799年，年僅26歲的凱利設計出幾乎已具備現代飛機主要部件的飛行器草圖。喬治·凱利把這個草圖刻在一個小銀盤上。小銀盤的一面刻著機翼上各種作用力的說明，另—面刻著飛機草圖，這個銀盤現藏於倫敦科學博物館。但困擾凱利多年的問題就是沒有合適的動力，當時的蒸汽機又大又笨重，根本不可能將凱利的飛機送上天空，所以凱利這個方案仍舊以撲翼作為動力和產生升力的方式。但凱利的可貴之處在於他不滿足對現有知識的掌握，而是通過不斷試驗來豐富自己的理論水平。

1804年凱利研究鳥的推動力，在旋轉臂上試驗了一架滑翔機模型。不久，他把帶翼的拋射體發射到海上。幾乎與此同時他還設計了一架複合式飛機，輪車上裝有固定翼，在翼尖上有撲翼。

1807年，凱利研究熱氣發動機和另外一種採用火藥的發動機。1808年，凱利研製了“旋翼”和“槳輪”飛機，並於同年設計了一架撲翼機。

1809年，凱利開始研究魚與我們今天所說的流線型的關係，成功地製造出航空史上第一架全尺寸滑翔機並進行試飛。

發表論文

1809年，他的題為《論空中航行》的論文在自然哲學雜誌上發表。在該論文中，他提出了十分重要的科學論斷：1.為作用在重於空氣的飛行器上的四種力——升力、重力、推力和阻力下定義；2.確定升力的機理是與推力機理分開的。至此，凱利已認識到鳥類翅膀不僅具有推進功能，也具備了產生升力的功能。人類飛行器如果用不同裝置分別實現上述功能，將會比單純模仿鳥類的飛行動作進行飛行容易得多。這一重要發現奠定了固定機翼形式的飛機的基本構思和理論基礎。他在論文中一再強調，製造固定翼飛機的重要性，詳盡地勾勒出現代飛機的輪廓，對空氣動力學理論的產生和形成做出了重要貢獻。他描繪出固定翼、機尾、機身以及升降舵等操縱面，解釋了機翼的作用，並指出適當的安定性要從精心設計翼面使其有一點點角度獲得；接著他又提到飛行器必須迎風而起，必須有垂直的和水平的舵面。凱利的論文還闡述了速度對升力的關係，機翼負荷、張力、重力的減輕，甚至內燃發動機的原理以及流線型對飛行器設計的重要性等等。

在他的學說中，有一段闡述飛行器基本原理的論述，在今天看來依然十分精闢和準確，即：“機械飛行的全部問題是向一塊平板提供動力，使它在空氣流中產生升力，並支持一定的質量。”他的《論空中航行》的論文被後人視作是航空學說的起跑線。

航空器的背景

在凱利那個時代，許多人認為，升空飛行無異於痴人說夢，“假如上帝要人飛，他創造人的時候就會給人一對翅膀了！”有些人甚至引述古人的這句“至理名言”嘲諷凱利這樣的“瘋子”。凱利矢志不渝，他深信，只要能找到合適的發動機，他的飛行器一定可以高飛。他痛心地寫道：“我的發明無法試驗而達到目的的惟一原因，是如何產生一種推進的動力。”

晚年貢獻

直到1848年凱利75歲高齡，輕質量的合適的發動機仍杳無音信，他感到時日無多，惟一可試一試的只有無動力載人飛行，也就是用滑翔機飛行，來證實他的空氣動力學理論。於是在1849年，他造了一架三翼滑翔機，讓一名10歲的小孩坐在一隻吊籃里，從小山上滑下來，一些人用繩子拉著滑翔機，飛機竟迎著微風飄飛了一段距離。這是人類歷史上第一次載人滑翔機系留牽引飛行。

1853年，凱利又造了一架滑翔機，並裝上了靈巧的剎車槓桿，進行歷史上第一次有人乘坐的重於空氣的航空器升空自由飛行。這次他把家中的馬車夫放在駕駛室里，究竟飛了多遠，沒有明確的記錄。有趣的是，馬車夫從飛機上下來後，竟辭職不幹了。他說：喬治爵士，我想請你注意，我是你雇來趕車的，不是來飛行的。當年，他寫了一篇描述無人駕駛滑翔機飛行的文章，送到法國航空學會，題目是《改良型1853年有舵滑翔機》。1971年，一位英國飛行員史潑勞中校，完全依照凱利遺留下來的筆記，造了一架與當年完全一樣的滑翔機，飛得十分成功，證明了118年前凱利的設計是如何的成功。

1858年，凱利84歲，臨終前仍在工作間內敲敲打打，希冀製成一台輕質量的發動機，然而終無所成。凱利的研究工作，特別是他的論文《論空中航行》，在航空發展史上占有重要的地位，100多年來，一直被翻印轉載，被後人視為航空學說的經典。飛機發明人之一的奧維爾·萊特1912年曾說，他們的成功完全要感謝這位英國紳士在100年前寫下的重於空氣的飛行器的理論。他說，“喬治·凱利爵士所知道的有關航空原理可以說前無古人、後無來者，直到19世紀末葉，他所出版的作品毫無錯誤，實在是科學史上最偉大的文獻。”威爾伯·萊特也說，“我們設計飛機的時候，完全是採用凱利爵士提出的非常精確的計算方法進行設計計算的”。

凱利不但對航空有興趣，他還為大不列顛設計了海軍大炮炮彈，在拿破崙戰爭時期得到套用。1807年，他發明並獲專利的熱力發動機，為工業界所廣泛運用。1825年，凱利又設計了一種裝輻條的車輪用於滑翔機上，這一發明至今仍為腳踏車所採用。此外，他還發明過自動鐵道剎車裝置，且在聲學、光學、電學以及下水道工程等方面，有不少有價值的貢獻。

1857年12月15日，凱利在約克郡布魯姆頓去世。臨終前不久，他曾寫下這樣兩句話：“給你，查看筆記的朋友！我已去了，願你在這些塗鴉中尋找出智慧的火種。”