莱特兄弟-省赛获奖教学设计

莱特兄弟莱特兄弟的全名是威尔伯·莱特WilburWright（—）和奥维尔·莱特OrvilleWright（—）。他们是美国的发明家、飞机的制造者。于1903年12月17日，他们首次制作了完全受控、附机载外动力、机身比空气重、持续滞空不落地的飞机，也就是“世界上第一架飞机”。莱特兄弟首创了让固定翼飞机能受控飞行的飞行控制系统，从而为飞机的实用化奠定了基础，此项技术至今仍被应用在所有的固定翼航空器。莱特兄弟的发明改变了人类的交通、经济、生产和日常生活。莱特兄弟是美国俄亥俄州人，父亲是一个牧羊人，母亲是一位音乐教师。莱特兄弟几乎在懂事的时候就对机械产生了浓厚的兴趣。成年后的奥维尔每当向别人回忆自己童年生活时，讲的几乎都是与机械设计有关的故事。他常常津津乐道地回忆起在他5岁生日那天，在一大堆生日礼物中，他首先看中了一只回旋陀螺，尽管它支撑在刀形支承的刃口上，但仍能够保持自身的旋转和平衡。莱特兄弟从小就对机械有着天生的爱好，从小就喜欢拆拆弄弄。他们尤其对一些旧时钟、磅秤最感兴趣。不过威尔伯比奥维尔长4岁，威尔伯常常与自己年龄相仿的男孩子们交往。奥维尔也有自己的好友。在家里，两兄弟自然玩在一块了。玩些什么呢？奥维尔当然是全听小哥哥的。威尔伯常将街道上的破铜烂铁搬回家“研究”，奥维尔则跑前跑后，呼哧呼哧地用了自己吃奶的劲，帮小哥哥将这些“宝贝”搬回家里后院的小仓库。1878年6月，他们全家从俄亥俄州的代顿市搬到了依阿华州的锡德腊皮兹市，住在该市的亚当街。圣诞节莱特兄弟的爸爸给他们带回了一个"蝴蝶“玩具，爸爸告诉他们，这是飞螺旋，能在空中高高地飞去。“鸟才能飞呢！它怎么也会飞！”威尔伯有点怀疑，爸爸当场做了表演。只见他先把上面的橡皮筋扭好，一松手，它就发出呜呜的声音，向空中高高地飞去。兄弟这才相信，除了鸟、蝴蝶之外，人工制造的东西，也可以飞上天。于是，弟兄俩便把它拆开了，想从中探索一下，它为何能飞上天去。从这以后，在他们的幼小心灵里，就萌发了将来一定制造出一种能飞上高高蓝天的东西。这个愿望一直影响着他们。为了改善家庭设施和环境，威尔伯和奥维尔一次又一次地努力着。兄弟俩先埋头画好图样，又四处寻找修缮房屋的材料，并承担所有房子加工的车床活。他们不仅很快修建起一个舒适的前廊，并用花卉点缀走廊的两侧，而且还重新装修室内，改变房间的布置。1884年他们全家从印第安纳州的里士满搬到了俄亥俄州。莱特兄弟都受到了良好教育，但都没有得到文凭。奥维尔大学第三年（1889）就退学了，在哥哥的帮助下干起了印刷生意。维尔伯任编辑而奥维尔则是一部周刊WestSideNews（几个月后成了EveningItem晚报）的出版商。1890年初，他们研究报纸杂志的文章以及德国OttoLilienthal的飞行器概念图。他们对飞行的兴趣随着年龄的增长与日俱增。“简单地说，就是我们幸运地生活在这样一个家庭环境里。在家里，大人们总是热情鼓励孩子们去追求知识，去调查研究一切奇特的现象。换了另一个家庭环境，我们的好奇心也许早在它结出果实以前就被扼杀了。”莱特兄弟高中毕业后办起了“代顿周报”。聪明的他们把报纸办得红红火火，但他们朝思暮想的还是机械。1894年，他们把报纸典当给一家通讯社，开起了莱特自行车修理店（后成为莱特自行车公司）。从此他们开始从事自己梦想的事业。1896年5月，他们关注了史密斯索尼安学院的SamuelLangley的蒸汽飞机模型的试飞、芝加哥工程师和致力于飞行研究的权威OctaveChanute在密歇根沙丘和湖边几部飞机模型的试飞。1899年5月，威尔伯给史密斯索尼安学院写了封信请求得到航空方面的信息和书籍。基于SirGeorgeCAyley，Chanute，Lilienthal，LeonardodaVinci以及Langley的草图和灵感，莱特兄弟开始了他们的机械航空试验。莱特兄弟完成了所有理论研究就开始动手实践，他们的自行车店员CharlieTaylor成为了小组的重要一员，三人共同合作建造了第一架飞机引擎。莱特兄弟不仅努力掌握前人的研究成果，而且十分注意直接向活生生的飞行物——鸟类学习。他们常常仰面朝天躺在地上，一连几个小时仔细观察鹰在空中的飞行，研究和思索它们起飞、升降和盘旋的机理。当年他们提出的许多新颖想法，都在以后的航空工业中得到了应用。在吸取前人经验教训的基础上，莱特兄弟开始了飞行器的研制。在无法得到别人资助的情况下，他们用自行车生意赚来的钱进行飞机的研制。兄弟俩的配合是完美无缺的。哥哥威尔伯勤勤恳恳，扎扎实实，拥有工程师的细致和谨慎；弟弟奥维尔则富有艺术家的想象力，敢于不断创新。两颗智慧的大脑密切配合，相得益彰，正如威尔伯所说：“奥维尔和我一起生活，共同工作，而且简直是共同思维，就和一个人一样。两兄弟认为飞机能不能顺利飞行，关键就在于如何设计和控制它在飞行过程中各种受力间的平衡。维尔伯·莱特用一张水平放置的纸演示了这个问题：如果让它自由落下，在理想的平静空气当中，我们可以想象它一定是平稳落下，但理想条件是很罕见的，任何一点气流都会使得纸张翻转和飘荡。对于飞机来说，完全理想的空气条件下，要实现上天并不难，但是天空中总是存在风，这就使得实现飞机飞行的关键，在于如何调节飞机前后左右各个方向的受力平衡，特别是飞机的重心和升力受力点之间的关系。早期由于担心机翼过大，会使得飞机难于操纵，因此一般机翼面积都不是太大。例如李廉萨尔的机翼面积为151平方英尺，皮歇尔的为165平方英尺，查卢特的为143平方英尺。这就使得飞机所能够获得的升力并不充裕，相比之下，驾驶员的重量就占了升力的很大部分，那么在这种受力情况下，驾驶员自身的位置变化将严重地影响飞机的重心，而当时一般的设计思路就是顺势利用这点，由驾驶员改变身体位置来控制飞机的飞行姿态。然而正是这样一种思路严重制约了飞机操纵性能的提升，因此莱特兄弟决定改变这个技术思路。他们首先仔细研究了前人的试验数据，再通过大量风筝、滑翔机以及风洞试验做验证，设计出了最佳的机翼剖面形状和角度，以便获得最大的升力；然后决定把一般大小的机翼增大一倍，达到308平方英尺。最重要的是，他们设计了通过直接控制机翼来操纵飞机飞行姿态的机构，同时，在飞机整体的升力增加后，飞机对于驾驶员自身位置的变化也不那么敏感了，这就使得飞机尽管机翼面积大大增加，但可操纵性能并没有比小机翼飞机降低！兄弟俩认为要建造一架飞行机器，有三个主要的障碍：（1）如何制造升力机翼；（2）如何获得驱动飞机飞行的动力；（3）在飞机升空之后，如何平衡以及操纵飞机。前两个问题在某种程度上已经获得解决。最初兄弟俩努力制造全尺寸的滑翔机，接连四个夏天，他们前往北卡罗来纳州旅行，目的地是个与世隔离的岬角。气象部门向他们建议，岬角风力大，是有利的练习场。之后不久，他们制作了第一架无人驾驶双翼滑翔机，把它象风筝一样放上了天。他们又在飞机的前面安装了升降舵，也就是一种摆动舵，可以用来操纵横轴。莱特兄弟在公众面前的形象始终是一体的，他们共享发明成果和荣誉。细心的传记作者JamesTobin发现威尔伯1899－1900年写的“我的”机器和“我的”计划之后全部由第一人称单数改成了复数的“我们”和“我们的”，他说“很难想象奥维尔这么聪明出众的人是以何种力量成功的，从俄亥俄州一个小店到和资本家、总统们商议，奥维尔做到了，他从始至终都是位领导者。”1900年10月的一个傍晚，威尔伯·莱特趴在易碎的滑翔机骨架上，迎着海风飘了起来，他成功了。虽然这只是几秒钟的飞行，只有1米多高，但莱特兄弟的成就超过了试图靠移动身体重量操纵飞行的李林达尔。第二年，兄弟俩在上次制作的基础上，经过多次改进，又制成了一架滑翔机。这年秋天，他们又来到基蒂霍克海边，一试验，飞行高度一下子达到180米之高。1900—1903年，他们制造了3架滑翔机并进行了1000多次滑翔飞行，还自制了200多个不同的机翼进行了上千次风洞实验，修正了李林达尔的一些错误的飞行数据，设计出了较大升力的机翼截面形状。在此期间，他们的滑翔机多次滑翔距离超过1000米。在当时看来，这可是不小的成就。经过不断钻研，不断改进，莱特兄弟不仅迅速掌握了当时的飞行器制造技术，而且在许多方面取得了重大突破。从1903年夏季开始，莱特兄弟着手制造这架著名的“飞行者一号”双翼机。动力飞行首先需要一台发动机，但当时市面上根本没有飞机的发动机出售，也没有一家公司愿意冒险制造航空发动机。但是兄弟俩并没有气馁，他们请了机械师查尔斯?泰勒（Charles?Taylor）来帮他们制造了一台大约12马力、重千克的活塞式发动机。有了发动机，威尔伯和奥利弗只盼着多风的秋季能早日到来。10月中旬，“飞行者号”组装完毕，奥维尔对新飞行器非常满意，“这是我们迄今为止造得最好的一架飞机。‘她’非常听话。”奥维尔的感情不难理解，“飞行者一号”的每一根“肋条”都是他们亲手制作而成。奇迹发生在1903年12月17日！！！这天清晨，美国北卡罗莱纳州的基蒂霍克还在沉睡，天气寒冷，刮着大风，空旷的沙滩上静静地停放着一个带着巨大双翼的怪家伙，这就是人类历史上第一架飞机——“飞行者一号”。空旷的场地上冷冷清清，到现场观看的只有5个人。10时35分，一切准备就绪。为了能够率先登机试飞，兄弟俩决定以掷硬币的方式确定谁先登机，结果弟弟奥维尔赢了。奥维尔爬上“飞行者一号”的下机翼，俯卧于操纵杆后面的位置上，手中紧紧握着木制操纵杆，威尔伯则开动发动机并推动它滑行。飞机在发动机的作用下先是剧烈震动，几秒钟后便在自身动力的推动下从“斩魔丘”上缓缓滑下，在飞机达到一定速度后，威尔伯松开手，飞机象小鸟一样离地飞上了天空。虽然“飞行者一号”飞得很不平稳，甚至有点跌跌撞撞，但是它毕竟在空中飞行了12秒共米，才落在沙滩上。接着，他们又轮换着进行了3次飞行。在当天的最后一次飞行中，威尔伯在30千米的风速下，用59秒飞了260米。人们梦寐以求的载人空中持续动力飞行终于成功了！不幸的是，几分钟后，一阵突然刮来的狂风把“飞行者”1号掀翻了，飞机严重损坏，但它已经完成了历史使命。人类动力航空史就此拉开了帷幕。然而，令人遗憾的是莱特兄弟的成功并没有立即得到美国政府和公众的重视与承认，人们甚至怀疑这一消息的真实性，大多数报纸都拒绝报道。1911年，威尔伯染上了伤寒，去世时年仅44岁。奥维尔性格腼腆，不善于抛头