航空之父乔治·凯利
乔治·凯利(G.Cayley，1773～1857)是自达·芬奇后第一位真正系统研究飞行问题的先驱者。他使飞机研究走了真正科学的道路。由于他做出的开创性贡献，凯利受到后人的高度评价。1846年，英国的汉森把他尊为“航空之父。”1909年，飞机发明者威尔伯·莱特在一次演讲中说：“在一百年以前，乔治·凯利爵士把航空技术推向了前所未有的高峰。在整个十九世纪，这个高峰没人能够逾越。”1909年，法国航空学会主席贝尔热在其著作中写道：“乔治·凯利爵士是真正的航空之父，他的名字值得用金字书写在航空史册的第一页。”航空大师冯·卡门评价说：“目前所知的关于刚性飞机的飞行原理，可以说是由凯利所首先宣布。”
  乔治·凯利于1773年12月17日生于英国约克郡的斯卡巴勒城。凯利最初在约克郡读书，不久他来到诺丁瀚跟数学家瓦尔克(Walke)学习。19岁时，他又来到南盖特，从师于当时颇有名望的电学家和化学家摩尔根(Morgan)。由于这两位出的教师的教育和影响，凯利对自然科学特别是数学和电磁学产生了非常浓厚的兴趣。1795年，凯利同他的老师瓦尔克的漂亮独生女莎拉结婚，婚后他们一直生活得很幸福美满。他们一共有10个孩子。
　除航空外，凯利研究最多的工程技术问题是铁路机车。他发表了许多关于铁路机车改进的论
文，这方面的文章是除航空外最多的。为了保证铁路机车运行时的安全，他设计了一种铁路自动信号装置。由于他的儿子多斯兰因事故失去了一只手，凯利曾潜心设计了一只机械手。这只机械手的零件是可拆卸的，在用餐时便装上特制的餐具。在从事其他工作时，便装上相应的用具。凯利还研究过物理学、天文学以及火药和火，发表过关于绝对零度的文章。他在自己的床头安装了一架望远镜，经常观测夜空。凯利知识渊博，被誉为精通各方面知识的活字典。1857年12月15日，乔治·凯利在约克郡家中去世，享年84岁。
  像大多数航空先驱者一样，凯利很小就对飞行发生了浓厚的兴趣，这一方面是由于对鸟的飞行的神往，另一方面是孩提时代热气球载人飞行成功对他产生了很大影响，而后者是促使他进行航空研究的直接动因。他的第一项航空研究是仿制和改进中国古老的玩具竹蜻蜓，时间大约是1796年。有趣的是，他对竹蜻蜓的兴趣一直保持到晚年。1854年他去世前3年，他还将一个改进的竹蜻蜓送给法国朋友杜布－代克。他对竹蜻蜓的兴趣不仅仅因为它的飞行非常迷人，更主要的是从这个简单的玩具中能获得许多有用的航空知识，特别是螺旋桨原理。他在25岁前后曾根据竹蜻蜓设计了一架直升机：直杆两端各有一副用四片羽毛制成的螺旋桨。由弦和弓的伸张力带动其旋转。凯利后来说，这个直升机进行过多次成功的飞行。
  为了进行航空研究，凯利对鸟的飞行作了大量的观察和研究，包括测量鸟翼面积、鸟的重量和飞行速度，并在此基础上估算速度、翼面积和升力之间的关系。通过对鸟的飞行的分析研究，他第一个明确认识到：人造飞行器应当分别实现升举和推进两种功能，而首先应当解决的是升举问题。这是摆脱片面模仿鸟类、实现定翼机的重要思想和基础。此外，他还认识到鸟翼弯曲形状的重要性、鸟翼具有迎角的重要性、重心与升力中心的关系以及对飞行稳定性的影响。根据这些研究成果，凯利于1799年设计了一架滑翔机，它包括带有上反角的机翼、尾翼、机身，颇具有现代意味。
  设计和试验滑翔机单靠对鸟的飞行的定性观察是不够的，必须进行空气升力和阻力的定量研究。凯利意识到这一点，首先开创了航空空气动力学的实验研究。依据罗宾斯使用过的力学研究装置，凯利于1804年12月自己动手设计和制造了一架旋臂机，用于研究平板的升力和阻力。旋臂机实验件是一块0.1平方米的平板，它被安装在旋臂机水平旋转杆的末端，可以偏转成各种角度。旋臂转动的动力来自于石块下落的势能。这个装置简单、粗糙，而且实验时间极短，但仍然能获得初步的定量结果。
  利用这个装置，凯利得出了第一批关于升力和运动速度方面的数据。例如，当运动速度为
每秒3.52米时，升力为1.1牛顿。根据这些数据，他半定量地认识到升力关系式。他在1804年12月1日的笔记中总结说：空气的升力“与空气介质密度成正比，与平板面积成正比；与运动速度的平方成正比；与迎角的正弦成正比。”根据这一认识，1805年他又设计了一架滑翔机，它包括了飞机的各主要部分，其中有垂直尾翼，机身前端还有金属配重。
  1805年设计的滑翔机，有一副定翼，又有一副扑翼，扑翼是单独用来产生推进力的。1808年，凯利又设计了一架滑翔机，它的前端安装一只大的框式风筝，形状具有鸟翼一样的弯曲结构。凯利在旋臂机试验过程中，做出了另一个重要发现：流线型物体能够大大降低阻力。他还解剖了一条鳟鱼，画出了截面形状曲线。冯·卡门评论说：“他得到的截面形状几乎可以跟某些现代的低阻力翼型完全相合，这一点是很令人注意的。”
  1809年～1810年，凯利把他的研究成果分三次发表在英国《自然哲学、化学和技艺》杂志上，题目是《论空中航行》。这篇论文在航空史上占有极其重要的地位。它的问世被看成是现代航空学诞生的标志。
  凯利在论文中首先指出：“我相信，阐述这门艺术的基本原理以及大量的事实和实际观察结果，将引起人们对这个课题的广泛注意。我希望这项事业加速实现，它会对人类产生广泛而
深远的影响，由此一个新时代即将来临。”在论文中，凯利阐述了制造一架飞机的基本组成部分和基本要求，并且给重于空气飞行器飞行下了一个明确的定义：机械飞行的“全部问题是给一块平板提供动力，使之在空气中产生升力并支持一定的重量。”他通过平板升力估算，给出了一架飞机的设计参数，其中平板面积需要18.6平方米。他还分析了飞机的稳定性、安全性和操纵性的重要性。通过对降落伞下落时的姿态进行受力分析，他第一次提出了机翼上反角这一重要概念，他说：“它是空中航行稳定性的主要基础，”“这一原理主要适用于侧向稳定，它可以有效避免飞机从一侧到另一侧的任何滚转运动。”在纵向稳定方面，“必须在飞机后身加装像鸟的尾翅那样的水平尾翼，……它可以有效地使飞机保持水平路径上的稳定性，同时还具有产生附加升力的效果。”在操纵方面，他提出在尾翼上装可转动的垂直翼面，它的旋转运动可保证飞机具有良好的操纵性。
  凯利这方面的研究和成果远远超越了时代。在他之后近百年间，也没有哪一位航空先驱者能超过他的水平或认识到他的发现的重大意义。
在《论鸟的飞行》的第二部分里，凯利着重分析了设计成功飞机面临的几个主要困难。第一是动力问题，第二是动力转换问题，第三是飞机结构强度和降低结构重量问题。他曾研究过
人肌肉的力量，认为人靠自身的力量可以飞行，前提是必须有高效率的动力转换装置。他估计如果人的功率能100%地用于飞行上，那么人力飞行是可能实现的。现代人力飞机的成功证明了他的观点的正确性。由于人造装置很难达到100%的效率，凯利很自然地设想使用发动机(他称之为第一动力)。尽管当时蒸汽机已经发明并得到应用，但凯利认为蒸汽机的功率重量比非常低，很难应用于飞机上。于是他研究了多种新的动力装置。1805年前后，他发明了一种热空气发动机，甚至设想使用液氢为燃料。
凯利在论文的第三部分中，提出了多翼机思想。他指出，当机翼面积增大时，轻重量和高强度不能同时保证，因此应当采用多翼面结构解决这个问题。这是航空史上首次明确提出的多翼机思想。
  凯利发表这篇论文的目的之一是唤起英国人对飞机的重视。他在文章中指出：“任何人都会承认，在必要的理论充分建立起来后，其后大规模的实验工作将是非常耗时的。我因此希望，我所说的将会引起其他人对这一课题的广泛注意。英国在这场比武器更有价值的竞争中不要落后，”“我准备阐述我在这个问题上所做的实验和观察，目的是希望人们能给予重视，直到实现这门艺术。”
  为了早日研制成功飞机和飞艇，凯利多次设想和提议成立一个研究团体承担飞机和飞艇的任务。1816年他指出：“我希望所有对这项发明感兴趣的人，应当像一个乐队那样协调配合工作，而不是作为一个发明家自行其事。”1837年他在一篇关于飞艇的短文结尾处写道：“让热衷于空中航行的朋友们通过杂志的广告组织起来，选择一个地方，召开会议将这个事业发扬光大，以保证空中航行促进协会取得进步。”1840年在综合技术学院一次会议上，凯利提出建立皇家航空研究院的建议。但他的种种设想和努力都因超越了时代而未取得成功。
  大约30年后，当汉森于1842年设计了有名的“空中蒸气车”时，凯利很兴奋。他于1843年4月在《力学杂志》上发表文章，对汉森的飞机设计作了评价。1849年～1853年间，凯利设计并试验了全尺寸载人滑翔机。1849年，一个10岁的小男孩乘坐他的滑翔机离开过地面。凯利记述说：“飘离地面几码后，从小山上滑下来，而且还通过一些人用绳索把这个装置逆着微风，拉起了大约同样的高度。”
  据记载1853年6月，凯利的滑翔机又作了一次载人飞行。据凯利的外孙女汤普森(Thompson)回忆说：“马车夫乘坐这架飞机离开了地面，并降落在与起飞点的高度大致相同的西侧。我认为，飞机降落时飞行的距离比预计的要短得多。当参观者越过山谷时，马车夫
走下飞机，他叫了起来：‘乔治爵士，我想请您注意，我是雇来赶车的，不是飞行的。’这就是我记得的一切。后来，这架飞机被放在谷仓里，我常常坐在上面或藏在里面，以躲避我的家庭教师。”
  凯利对航空的贡献是多方面的。除上面提到的外，他还发明了用于飞机起落架的张力轮；首次提出了高展弦比机翼思想；研究过火药动力发动机。有人总结出凯利取得了航空史上的18个第一或首创性的成就。由此可见，把凯利誉为伟大的航空学之父毫不过分。
  由于大大超越了时代，凯利的航空研究没有引起很大的重视。凯利的成就没有产生应有的重大影响的原因主要有以下几点：
  一、当时人们对飞机普遍报怀疑态度，许多权威人士几乎把飞机判了死刑。可以说科学界的观点对凯利航空思想的传播产生了重大阻碍作用。二、在航空发展的早期，似乎有一种传统，航空先驱者大都缺乏科学知识。他们重视试验而轻视理论，有了问题不习惯于从理论文章里获得答案。三、凯利的航空研究理论工作多，试验工作少，对一般老百姓来说，他们自然不会关心难懂的论文。这就影响了凯利航空成就的普及面。四、凯利为人谦逊，不好自夸。他除了发表论文外，很少外出发表演讲或作广告。他一生很少离开约克郡。这些也都限
制了他的成就产生更大的影响。由于凯利的成就没有对航空事业产生应有的影响，因而后来的航空先驱者们走了不少他已经走过的道路，重复解决他早已解决了的问题，从而使航空发展走了很大的弯路。这是航空史上的一个重大损失。
>马车夫