兰利的壮举和愚蠢

它静静地矗立在国家航空航天博物馆（NASM）一楼的早期飞行画廊里。从1894年航空先驱奥托·利连塔尔驾驶的滑翔机的下方和正上方看去，它是一个直径不到4英尺的原始径向飞机发动机，显示得很谦虚。但不要忽视它。这台小小的机器有一个故事要讲。

到20世纪初，史密森学会的秘书塞缪尔·皮尔庞特·兰利（Samuel Pierpont Langley）已经把自己的名声押在了自己将建造世界上第一台动力汽车的声誉上，更不用说上万美元的 *** 拨款了，

兰利并非空想家，而是一位有着数学、建筑和天文学背景的严肃学者。他沉着科学，需要大量的工作人员。他的备忘录里经常写着“我渴望…”他的员工们也为实现这些愿望而奔走呼号。

受到1886年一次关于载人飞行可能性的演讲的启发，他被虫子咬得很重。到了19世纪90年代，他已经制造并测试了许多模型，这些模型最初是由橡皮筋驱动的。他考虑过各种各样的引擎——汽油、碳酸气、电力，甚至火药——但在当时，这样的引擎可能太大、太危险或不够强大。最终，他决定使用蒸汽飞机，经过多次失败的尝试，他制造了两个以汽油为燃料的蒸汽动力模型，飞行得非常漂亮。1896年的两个晴天，一个在五月，一个在诺文贝，每架16英尺长的小飞机，从他们的发射台，波托马克河上的一艘游艇上飞去。小型蒸汽机欢快地呼啸着，它们在一个平坦的龙骨上保持着稳定的航向，一个覆盖3300英尺，另一个达到4200英尺，时速为30英里。

兰利决定了一种串联机翼配置——两组几乎相等跨度的机翼一个接一个地设置，他称之为他的“机场”有一个大的二面体；也就是说，当迎面看时，翅膀形成一个挤压的V形。这给了他们飞行的稳定性。

兰利教授应该在他领先的时候退出。但他在小型动力飞行方面的成功，强化了他建造一个足以搭载人的机场的梦想。正如兰利的朋友奥克塔夫·查努特（Octave Chanute）所指出的那样，兰利有着“铁腕的方式”。他的一个信念是，只要大规模地复制那些成功的模型，就可以造就一个“伟大的机场”的人。除其他外，这需要在一个轻量化的引擎中拥有大量的马力，一个世纪前令人望而生畏的前景。

随着1898年陆军和海军为美西战争作准备，兰利部长对飞行的热情激起了他们的兴趣。他写信给康奈尔大学的一位朋友说：“一个能以每小时30英里的速度维持3小时的机场，可能会有人试图携带‘航天员’和一些导弹。”他还说，他需要某种汽油发动机（前几年汽油机有了很大的进步），当被问到他的朋友是否能回忆起一个“道德上值得信赖的年轻人（好人）”，他有一些进取心和专业的训练。

作为回应，年轻的查尔斯马修斯（Charles Matthews）勇敢地出现在史密森学会。他是一个出色的工程系学生，即将从康奈尔大学获得机械工程学位。当被选中满足兰利的要求时，他像开了一枪一样前往华盛顿，在缺席的情况下获得了学位。

曼利的首要任务之一是监督一个杰出的汽油发动机的建设，该发动机是由一名匈牙利移民斯蒂芬·马里乌斯·巴尔泽（Stephen Marius Balzer）在纽约设计的。巴尔泽曾是蒂芙尼钟表厂的一名制表师，后来在夜校学习工程学，同时在一家机械店工作。1894年，当纽约人目瞪口呆地盯着巴尔泽制造的第一辆国产汽车时，这一产业得到了回报。现在在史密森国家历史博物馆，这是一个简单的结构坚固的管道工程与一个小的三缸发动机o旋转后轴。

巴尔泽的引擎，轻而有力，引起了兰利的兴趣。他与巴尔泽签订了世界上第一台“航空发动机”的合同，为他所希望的世界上第一架载人飞机提供动力，这架飞机已经在史密森城堡后面的一家商店里建造，埃尼德·a·豪普特花园现在让人赏心悦目。

试图满足兰利对减轻重量和增加动力的“渴望”，巴尔泽把它组装成了新的约克的五缸发动机现在显示，与曼利的修改，在空中和空间。它最初是一个旋转的，就像他的汽车发动机一样：整个发动机绕着传动轴转动。但是，巴尔泽花了很长时间让它正常工作，或者产生足够的马力。曼利帮助他，鼓励他，轻推他，努力给他更多的钱。兰利大举从国会拨款5万美元中脱身，在巴尔泽大惊小怪时坐立不安，

时间拖了下来。一个月又一个月过去了。曼利给兰利的笔记表明球队越来越沮丧。1899年7月：“我很难解释为什么有一天巴尔泽先生认为现在的气缸会工作，而第二天他又认为发动机必须重建……”

1899年9月：“大机场的发动机尚未完工，但巴尔泽先生保证在本月22日前准备好……”

1900年6月：“巴尔泽先生于1898年12月12日承包的汽油机目前既不能接受也不能谴责。”

在同一封6月19日的信中，曼利同意与兰利“出国几周”调查替代品。在欧洲，工程师们建议他们不要采用这种旋转设计。例如，润滑是一个问题，因为一个旋转的发动机显然会把油从其中心扔掉。当钢瓶旋转时，油在其外端聚集。

为什么，那么，有一个旋转的想法吸引了兰利团队呢一方面，它的旋转冷却了汽缸。空气冷却意味着不需要水箱、管道和水泵来进行水冷却——这是一种令人钦佩的减肥方法。此外，发动机的旋转起到了飞轮的作用，这是一些早期发动机的一个特点，有助于发动机更平稳地运转。

，但随着时间的推移，巴尔泽的发动机出现了更多问题，曼利决定听从欧洲人的建议。到1900年秋天，他已经放弃了扶轮的概念。今年9月，他写信给仍在欧洲的老板，说他最近在航空发动机上的努力是“使气缸保持静止，并用临时水套冷却”。他把巴尔泽的旋转发动机变成了一个固定的径向发动机，一个由水而不是空气冷却。

终于问题开始消退，性能得到改善，立即从6-8马力在巴尔泽的旋转到12-16马力在曼利的径向版本。接下来还有更多的测试和改进。到1901年3月，这台径向发动机的输出功率约为18马力，但曼利预见到需要更多的功率。因此，他用新拨款的资金，用轻型活塞代替了巴尔泽的重型活塞，并增加了气缸的尺寸。到1903年3月，重建的发动机以每分钟575转的速度旋转机场的两个螺旋桨。”曼利写道：“引擎本身重达120磅，并在测试52制动马力的基础上发展……”在写给兰利的同一封信中，这位年轻的助手写道，他对引擎的信心如此之足，“我准备在实际飞行中冒险使用它。”

他没等多久。1903年夏天，兰利用四分之一比例尺的模型进行了试飞，准备就绪。到了9月，这座伟大的机场在波托马克的一艘大游艇上的弹射器上安顿下来。最后一次调整似乎是兰利，经过17年的努力，达到这个 *** ，现在69岁，几乎无法使自己达到它。

在10月7日，曼利爬上船，启动引擎，并运行到全速。他和巴尔泽一共花了五年时间这是一台压缩的机器，它的五个圆柱体像恒星一样从传动轴上放射出来，被扭动到性能的顶峰。现在，当它的吼声达到最大的声音时，他发出了飞机释放的信号。

“这已经完成了，”曼利的报告写道，“在发射弹簧和螺旋桨的共同推动下，汽车开始沿着轨道行驶……”然后：“我经历了一个轻微的颠簸，立即发现机器正向前和向下倾斜……”

曼利在下水前没有时间关闭发动机。他被扣篮了，但安然无恙地游走了。飞机的大部分结构在下水时被压碎了。兰利也是。新闻界哄堂大笑。备受吹捧的飞行器“像一把迫击炮一样”掉进了水里。

悲剧继续，兰利修好了他梦想中的飞行器，准备再试一次。1903年12月8日，曼利爬回驾驶舱，加速引擎，发出信号。又一次跳进波托马克河。翅膀在急促的空气中折断了。这一次，曼利差点淹死在冰冷的河里，当他回到船上时，他在所有受邀见证胜利的政要面前，用一种蓝色的语言狂轰滥炸。他们很惊讶。他们不应该这样。

一个多星期后，莱特一家飞到了凯蒂霍克，赢得了空中竞赛。兰利的错误是在放大他的小模型时没有考虑到在全尺寸飞机上，阻力会成倍增加。莱特一开始是全尺寸的滑翔机，多年来一直在飞行。他们知道怎么飞。曼利没有这样的经验-只是胆量。

但兰利的残骸有一个奇妙的引擎-为一架不会飞的飞机创造的。如果这架飞机能飞起来，曼利的发明将是世界上第一个飞机引擎；当然，它建造得更早，比让莱特飞起来的12马力工作要好得多。Balzer的原版将是第一次空中旋转，一种在第一次世界大战中驱动一大群战斗机的发动机。它们拥有与Balzer相同的优点，也存在同样的问题——扭矩难以控制，离心力难以保持润滑。蓖麻油是他们选择的润滑油，许多早期德国福克、英国索普韦或法国尼厄波特的飞行员，由于吸入旋转体反射回来的烟雾而消化不安。

曼利公司所做的改进使发动机成为世界上第一台设计用于飞行的径向发动机，林德伯格在第二次世界大战中驾驶许多经典轰炸机和战斗机前往巴黎的同一种基本类型的发动机，

兰利在1906年战败身亡。经常暴露在金属制品的高温下损害了曼利的健康。他在纽约经营一家工程公司，1927年去世，年仅51岁。巴尔泽活到1940年。很少有人记得他的名字。

，但这个完全不同的团队的心碎的努力却在他们辉煌的灰色引擎中继续。注意那些大圆筒上的光泽。那会是汗水的光芒吗？或者是眼泪的飞溅？”

和

似乎都有可能

发动机参数中的缸径和行程，具体指的是什么？

从罗恩·乔治对这个问题的回答中得到启发，我想告诉你一个趣闻，这是我在比萨大学上航空工程课程时一位教授讲的。请注意，我不能为我说的话提供任何参考，但我只是在报告我所记得的一位教授在近40年前对他的学生说的话。我最终没有拿到那个学位，因为我的职业方向不一样，所以我不是专家。

故事是这样的1930年，一家德国飞机公司，我想是亨舍尔，生产了一架非常高效的双引擎飞机用于客运，邮政和轻型货运服务，使用的是Junkers Jumo柴油发动机。这些发动机，像德国的许多机械设备一样，是设计和精密构造的奇迹:它们依赖于2冲程循环，因此，与4冲程需要的2个曲柄相比，一个完整的燃烧循环只需转动一个曲柄，从而产生更高的比功率;他们有两个曲轴，齿轮同步，气缸在曲轴之间和两个活塞运行在每个孔，在相反的方向，每个活塞从一个曲轴驱动。

没有活塞头(2冲程没有阀门，柴油发动机没有火花塞，所以不需要活塞头)，燃烧发生在两个对置的活塞顶之间。这允许了一个非常高的压缩比，仍然有一个合理的形状的燃烧室。在膨胀时，一个活塞暴露进气口，另一个暴露排气口，因此扫气(用新鲜的空气-燃料混合物替代废气)发生在一个方向，而不是典型的汽油二冲程发动机的弯曲扫气。这些发动机也是增压的，可以在很高的海拔运行。

飞机有非常低的消耗，能够达到一个重要的有用的范围，只携带少量的燃料。更少的燃料意味着更多的有效载荷，所以这架飞机被证明是成功的。唯一的缺点是，它的后面留下了两道长长的黑烟。在污染几乎不受关注的时代，这不是一个大问题。

但是后来战争爆发了。陆军部要求所有飞机制造商制造战机。所以亨舍尔(或者不管它是什么:别忘了我40年前听过这个故事)把他们的飞机带回商店，把它改装成一架轻型轰炸机，并把它提交给陆军部评估。民航部的专家立即对烟雾条纹提出了抱怨，从远处就可以清楚地看到，这架飞机很容易成为防空炮的目标。因此，制造商用汽油发动机取代了柴油发动机。

于是麻烦开始了。新的宝马径向汽油发动机比旧的Junkers柴油发动机更强大，更轻，但它们也有更高的特定消耗量。由于保留了同样小尺寸的油箱，这架飞机的飞行距离不足以作为轰炸机使用。通过增加燃料箱的大小，必须减少有效载荷，导致携带的炸弹数量不足，或飞机变得更重，导致性能不足。

一架好的商用飞机被证明不可能被重新设计成一架好的战争轰炸机。告诉我们这个故事的教授，想要说明每架飞机都是不同的和对比鲜明的要求之间的妥协，通过改变规格，你不会总是得到一个好的妥协。

缸径决定推力，你的需求决定行程，假设你认为缸径较小的情况下气缸杆强度低，需要加大缸径，可以通过选用带杆气缸或是机构上设计避免气缸杆受除推力以外其他的作用力（比如径向受力等）。以短行程发动机为例，它有着高度低，重心稳，操控稳定性好的特点。可以布置尺寸较大的进气阀和排气阀，进而增加发动机的进气量，提高进气和排气效率。通常这类发动机会带有高转速、高功率属性。

相同排量的发动机，可以做成大缸径，短行程，也可以做成长行程、小缸径，以得到不同的特性。通常短行程发动机倾向于高转速，低扭矩；而长行程发动机倾向于低转速，高扭矩。由此可见:电磁叠加越多，膨胀的热动转换比越高。电磁叠加后方向一致的越多，膨胀的热动转换比越高。由此电磁叠加要在四分之一频率时间范围内，才会有效。

柴油机排量大，一般连杆长着，缸径小些，为了增加容积，增加活塞行程，降低转数，增加扭矩。汽油机排量小，连杆短一些，减少活塞行程，提高转速。在排气量不变的前提下“大缸径×短行程”的设计，缺点是在发动机室里会占掉比较大的地方。优点是行程短，发动机高度低，整车的重心低，对高速稳定度、操控表现都有助益。

最常见的一个发动机参数发动机排量。发动机排量是发动机各汽缸工作容积的总和，一般用升（L）表示。而汽缸工作容积则是指活塞从上止点到下止点所扫过的气体容积，又称为单混合气的，如果气缸的直径过大，气缸中的末端混合气就会在火焰前锋到达前发生燃烧，即爆燃，并且缸径越大，发动机的压缩比就不能做得很大，比如普拉多2.7四缸发动机，气缸直径。