悬挂式滑翔机

背景

悬挂式滑翔机是一种无动力的比空气重的飞行装置，旨在搭载一名悬挂在其帆下的人类乘客。与其他类似无动力飞机的滑翔机不同，悬挂式滑翔机看起来像大风筝。其他滑翔机通常由汽车或飞机牵引，或以其他方式从地面发射到空中。另一方面，悬挂式滑翔机通常从高点发射并允许飘落到低点。

历史

人类尝试使用类似于悬挂式滑翔机的设备飞行至少一千年。据说英国僧侣马姆斯伯里的奥利弗在 1020 年从塔上跳下，翅膀由布制成。据说他滑翔了大约 600 英尺（180 米），然后着陆并折断了双腿。据说 11 世纪的君士坦丁堡和 1498 年的意大利也曾进行过类似的短途飞行。意大利艺术家和科学家列奥纳多·达·芬奇 (Leonardo da Vinci) 绘制了各种飞行器的详细草图，但这些设备从未制造过。

滑翔的现代历史始于英国发明家乔治·凯莱爵士。到 1799 年，Cayley 已经建立了至今仍在使用的滑翔机的基本设计。 1804 年，他成功驾驶了他的第一架模型滑翔机。 1853 年，Cayley 使用载有他的马车数百英尺的装置实现了第一次成功的载人滑翔机飞行。

滑翔机研究的下一个重要先驱是德国发明家 Otto Lilienthal。在 1890 年代，Lilienthal 制造了 18 架滑翔机，并亲自驾驶。他还详细记录了他的工作，影响了后来的发明家。在成功飞行了两千多次之后，Lilienthal 于 1896 年在一次坠机事故中丧生。

受 Lilienthal 的启发，美国工程师 Octave Chanute 和他的助手在世纪之交从密歇根湖岸边的沙丘上进行了大约 2000 次滑翔飞行。 Chanute 的工作对 Orville 和 Wilbur Wright 产生了重要影响，他们很快就发明了动力飞行。 20 世纪动力飞行的快速发展导致人们对滑翔机的兴趣下降，直到二战结束。此时，为滑翔机开发了由玻璃纤维制成的轻巧光滑的机翼。

悬挂式滑翔机发展中最重要的创新是美国发明家格特鲁德 (Gertrude) 和弗朗西斯·罗加洛 (Francis Rogallo) 做出的。 1948 年，Rogallos 为一种名为para-wing 的灵活风筝申请了专利。与其他风筝不同，Rogallo 的设计没有刚性支撑。相反，它一直跛行，直到它被飞行中的风赋予坚固但暂时的形状。 Mylar 是一种极轻、坚固的塑料，其开发提高了 Rogallo 风筝的性能。

在 1950 年代后期，美国政府对 Rogallo 设计产生了兴趣，该设计用于将航天器送回地球的降落伞。还在建造用于军事运输的大型动力 Rogallo 风筝方面进行了实验。受这些实验报告的启发，美国工程师 Thomas Purcell 于 1961 年制造了一个 16 英尺（4.9 m）宽的 Rogallo 滑翔机，带有铝制框架、轮子、一个可容纳乘客的座椅和基本的控制杆。这是第一个真正的悬挂滑翔机。早期的悬挂式滑翔机也是由 Barry Hill Palmer 于 1961 年在美国用竹子制造的，1963 年由 John Dickenson 在澳大利亚用铝制造。

尽管美国政府在 1967 年放弃使用 Rogallo 设计的航天器降落伞，但使用相同设计的悬挂式滑翔机在 70 年代开始流行。 1971年，美国滑翔协会成立。虽然加利福尼亚州是西部悬挂式滑翔机的首选地点，但田纳西州的邓拉普声称是美国东部的悬挂式滑翔之都，这要归功于其位于坎伯兰高原的高处。在接下来的几年里，悬挂式滑翔不再是一种危险的时尚，而是一项严肃的运动。 1995 年有 7 人死于悬挂式滑翔，而 1974 年为 40 人。

原材料

悬挂式滑翔机由机翼、框架、电缆和将这些部件固定到位的物品组成。机翼，也称为帆，由坚固、轻便的塑料制成。通常使用涤纶布。聚酯是聚合物——它们是通过将许多小分子连接在一起而制成的大分子。聚酯通常来源于乙二醇和对苯二甲酸或类似的化学品。用于制造悬挂式滑翔机的最常见聚酯是聚对苯二甲酸乙二醇酯，商品名为 Dacron。

悬挂式滑翔机的框架，也称为机身，由铝和其他金属（如镁、锌和铜）的合金制成。将悬挂式滑翔机固定在一起的电缆和部件由不锈钢制成。不锈钢是铁、少量碳和 12-18% 铬的合金。

塞缪尔·兰利

塞缪尔·兰利 (Samuel Langley) 于 1834 年出生于马萨诸塞州的罗克斯伯里。 小时候，兰利就对研究星星产生了兴趣，尽管他从未上过大学，但后来成为了天文学和物理学教授。兰利对天文学领域做出了许多贡献，其中最重要的一项是辐射热计的发明——一种能够探测和测量电磁辐射的仪器。

在担任史密森学会秘书期间，兰利对航空产生了兴趣，并从美国战争部获得了 50,000 美元的赠款，以研究载人飞行的可能性。他开始建造大型蒸汽动力飞机模型，他命名为 机场， 没有花时间首先测试他关于滑翔机的理论。到 1891 年，他开始建造 机场 将被弹射出船屋屋顶的模型。前五个模型失败了，但他 1896 年的模型飞行了半英里多。那年晚些时候，一架飞机在空中停留了近两分钟。

最后，在 1903 年 10 月 7 日，兰利准备驾驶他的第一个全尺寸 机场 来自波托马克河的一艘船屋。在记者到场的情况下，机器启动并迅速掉入河中。兰利认为发射机制有问题，但进一步的尝试产生了相同的结果，他的资金很快就耗尽了。几个月后，奥维尔和威尔伯·赖特在北卡罗来纳州的基蒂霍克实现了第一次动力飞行。直到 1907 年去世，兰利都坚持认为，如果没有意外耗尽他的资金，他本可以赢得莱特兄弟的名声。兰利死后几年，实验人员在给他的机场安装了更强大的发动机后确实成功地驾驶了它。今天，弗吉尼亚州的兰利空军基地以这位航空先驱的名字命名。

制造
过程

制作涤纶布

• 1 与许多塑料一样，聚酯是由石油衍生的化学品制成的。通常，这些化学品是通过用催化剂加热石油获得的，这一过程称为裂化。所结果的 悬挂式滑翔机由机翼、框架、电缆和固定这些部件的物品组成。机翼，也称为帆，由坚固、轻便的塑料制成。悬挂式滑翔机的框架，也称为机身，由铝和其他金属（如镁、锌和铜）的合金制成。然后分离物质并进行各种化学反应以获得所需的化学物质。
• 2 聚对苯二甲酸乙二醇酯是由乙二醇与对苯二甲酸或对苯二甲酸二甲酯混合而成。然后加热直到它变成液体。熔融聚合物通过一个包含许多小孔的装置喷出，称为喷丝板。当液态塑料出现时，它会冷却成长而固态的细丝。长丝缠绕在一起形成纱线。然后在升高的温度下将纱线拉伸至其原始长度的约五倍以增加其强度。然后将加强的纱线织成布并染上鲜艳的颜色。然后将这块布放在大卷上并运送到悬挂式滑翔机制造商。

制作翅膀

• 3 卷涤纶布通常宽 54 英寸（137 厘米），长 100-300 码（91.4-274.3 米）。根据需要从卷上切下布料并放置在 X-Y 切割机上。该设备是一个平桌，通常长 40 英尺（12.2 m），宽 5 英尺（1.5 m），表面有许多小孔。当布料放在切刀上时，真空压力将其拉平，贴在孔上。齿轮、皮带和导轨系统将锋利的刀片水平（“X”方向）和垂直（“Y”方向）穿过桌子。计算机控制刀片的运动，因此可以将复杂的形状切割到千分之一英寸（0.0025 厘米）以内。
• 4 剪下的布片（可能有数百个）都做了标记，以便它们可以正确对齐。然后在工业缝纫机上将它们缝在一起。用不同形状和颜色的布块重复这个过程，直到形成翅膀。

制作框架

• 5 铝合金管，通常直径 1.5 英寸（3.8 厘米），长 10-20 英尺（3-6 米），到达悬挂式滑翔机制造商。用电锯根据需要切割管子。然后使用电钻在将框架固定在一起的地方形成孔。
• 6 不锈钢电缆以大线轴的形式到达悬挂式滑翔机制造商，线轴通常可容纳 5,000 英尺（1,524 m）的电缆。根据需要使用大而锋利的钳子切割电缆。
• 7 手工组装电缆和管道以形成框架。不锈钢螺母和螺栓用于将零件固定到位。

组装悬挂式滑翔机

• 8 帆和框架连接在一起。在完全组装、检查和测试之后，悬挂式滑翔机被部分拆卸以方便储存和运输。拆开的悬挂式滑翔机被放置在一个圆柱形容器中并运送给零售商或消费者。

  绳索和油管由手工组装形成框架。不锈钢螺母和螺栓用于将零件固定到位。

质量控制

由于悬挂式滑翔是一项危险活动，因此确保所使用的设备尽可能安全至关重要。制造商必须在联邦航空管理局 (FAA) 的监督下满足联邦政府制定的民用和/或军用航空设备的要求。在制造开始之前，悬挂式滑翔机制造商会检查所有原材料。铝管必须笔直且无凹痕。不锈钢电缆必须没有可见的缺陷。涤纶布必须正确编织且无孔。拉伸试验机测量织物强度和可通过织物的空气量。

制造过程中最重要的部分是制作机翼。在程序的每个步骤中，都会对机翼进行全面的目视检查，以确保其正确缝合在一起，没有薄弱的接缝。在带灯的检查台上仔细检查以确保接缝正确折叠和缝制，并且布料没有瑕疵。在制造过程结束时，悬挂式滑翔机完全组装好以进行最终目视检查。

在拆卸运输之前，每架滑翔机都由经验丰富的飞行员进行全面的飞行测试。悬挂式滑翔机必须具有适当的“感觉”并正确响应飞行员的动作。它必须能够以稳定的速度直线飞行，没有突然的意外变化。

未来

虽然现在飞行悬挂式滑翔机的人数比 1970 年代少，但技术已经有了很大的改进。今天的悬挂式滑翔机能够更安全地飞行、飞行更远的距离、更长的时间和更高的高度。毫无疑问，在不久的将来，所有的悬挂式滑翔记录都会被打破。