2.1 兰利试飞“空中旅行者”功败垂成（1903年）
1903年是飞机发明年。在这一年中，年近古稀的美国航空先驱塞缪尔·皮尔庞特·兰利（Samuel Pierpont Langley，见图2-1）接连两次试飞了他潜心研制多年的飞机——“空中旅行者”，却遭遇了最接近成功的“失败”，飞机发明权与他擦肩而过。
图2-1 兰利
兰利1834年8月22日出生于美国马萨诸塞州。他靠自学成才，1866年起成为美国史密森研究院数学教授并兼任另一所大学天文学教授，在数学、天文学、物理学方面均有建树，成为世界知名的科学家。他于1887年担任史密森研究院主席直至终生。
兰利对航空的爱好与兴趣是从童年观察鸟类飞行开始的。他常带着奇思妙想去观察鸟类飞行，一次观察往往数小时。他想探索鸟类飞行的奥秘：为什么鸟的翅膀不动竟能上升、下降甚至翻腾？他想一定有什么神秘的力量在支配鸟类飞行，只不过人类还没有发现而已。但兰利真正开始航空科学研究却是中年以后。
1886年，兰利开始采用科学方法研究飞行问题。他设计了一座旋臂塔以进行空气动力学试验，使用蒸汽机作动力。他定量研究了鸟翼和平板在空气中运动产生升力和阻力的规律，得出了科学结论和公式。1891年他把试验得出的结论写成《空气动力学试验》一书出版。书中指出：可以制造出一种机器，当它的倾斜平面以一定速度运动时，完全能够在空气中支持比空气重得多的全部机器重量，并且能够以极高的速度飞行。兰利这结论，对19世纪末一般所认为的重于空气的飞行器不可能飞行的理论无疑是大胆的挑战。
兰利在进行理论研究的同时开始了飞行器的设计工作，他先从较小的橡皮筋动力模型开始，后来发展到有动力的蒸汽机模型即他所命名的“空中旅行者”。
他设计的“空中旅行者”0号模型总重22千克，发动机功率仅0.7千瓦，由于功率太小而试飞失败。而后第1、2、3、4号“空中旅行者”也是同样原因归于失败。
1896年5月6日，兰利设计的小比例动力模型第5号“空中旅行者”终于进行了成功的飞行（见图2-2）。5号“空中旅行者”模型两副机翼前后排列，机长4.01米，翼展4.17米，总重11千克，发动机功率0.7千瓦。试飞在华罗顿特区南部波托马克河上进行，模型飞机由安装在游艇上的弹射器发射，模型飞机升向空中，爬升了约300米，划着弧线飞行了1006米后动力用尽降落到水面。这是世界历史上第一次重于空气有动力飞机不载人的成功飞行。
图2-2 兰利设计的小比例动力模型试飞
令人遗憾的是，在完成了这次有历史意义的飞行后，兰利却放弃了进一步进行载人飞机的研究。在中断研究工作3年之久后，由于美国政府提供5万美元经费，兰利和他的助手曼利（见图2-3）才重新开始研制全尺寸载人飞行的飞机。他设计的全尺寸载人飞机“空中旅行者”（见图2-4）在结构上与成功飞行的模型很相似。金属骨架，有两副机翼前后串置，一个尾翼，发动机置于两副机翼中间，两副螺旋桨。飞机机长15.84米，翼展14.63米，飞机总重331千克。发动机功率39千瓦，由兰利的助手曼利制成，这是一台具有5个汽缸的星形发动机。飞机起飞方式还是船上弹射。图2-5是兰利在飞机安装现场。
图2-3 兰利（右）和他的助手曼利
图2-4 全尺寸载人飞机“空中旅行者”
图2-5 兰利在飞机安装现场
1903年10月7日，由兰利设计、他的助手曼利驾驶的“空中旅行者”号飞机在波托马克河的游艇上进行首次飞行试验。飞机被架上了弹射器，敞口驾驶舱吊在机身下方，飞行员曼利坐进了驾驶舱。飞机上没有着陆装置，不知道飞机将会怎样降落在水上。
中午12时许，发动机点火，船上弹射装置将飞机弹出。只是飞机没有跃上空中，而是倒栽葱式坠入水中（见图2-6），幸好曼利从飞机座舱中逃了出来。据曼利说，飞机起飞时，尾部的张线碰到了发射架，飞机失去了平衡。
图2-6 飞机试飞失败坠入水中
同年12月8日，修复好的“空中旅行者”号飞机进行第二次飞行试验，飞机弹射后头部上仰，曼利操纵舵面飞机毫无反应，飞机尾翼断裂，飞机垂直地坠入河中。据目击者称，弹射时，飞机尾部碰到了发射架。曼利还是侥幸逃了出来，飞机则受到了严重损坏。
9天以后，即12月17日，美国莱特兄弟驾驶他们研制的“飞行者”号首飞成功，宣告了飞机的诞生。
兰利的飞机为什么会连遭两次“失败”？迄今没有一个统一的意见。美国陆军和海军的报告指出：飞机设计基本上是正确的，稳定性良好。同时他们还指出，即使飞机试飞能够取得成功，其价值也不是很大，因此建议政府停止资助。美国航空专家查纽特评价说，兰利飞行试验未取得成功的原因主要是发射架造成的，不能说飞机本身是不成功的。1904年兰利在给史密森研究院的报告中详细分析了两次试验的情况，他指出：不能看作是失败，因为问题出在发射装置上，飞机根本没有进入天空。
1914年6月，美国航空先驱寇蒂斯对兰利的“空中旅行者”进行了修复，并且加装了浮筒，换上了新的发动机。这架飞机没有采取弹射方式，而是用水上起飞取得了成功，见图2-7。它证明了兰利的飞机设计还是成功的。但是兰利本人没能看到这个情景，他已于1906年逝世。
图2-7 寇蒂斯驾驶修复的兰利飞机在纽约一个湖上试飞成功
在人类早期的航空探索中，通常有两条路径。第一条路径是从研制滑翔机开始，通过自身重量产生动力，操纵滑翔机飞行，进而再加装发动机实现动力飞行。莱特兄弟走的是这一条路径并且取得了成功。第二条路径是从动力模型开始，在取得经验的基础上再发展到载人飞机。兰利走的是第二条路径。两条路径各有千秋。应当说，兰利的“失败”并非真正的失败，它留给后人以深刻的启示。兰利仍然是伟大的航空先驱。1917年，美国国家航空咨询委员会成立的第一个实验室便命名为“兰利纪念航空实验室”，1958年美国国家航空航天局成立后改为兰利研究中心。
延伸阅读 兰利研究中心
兰利研究中心（见图2-8）是美国最早的航空研究机构。主要从事航空航天技术基础研究（航空占60%）。研究领域包括空气动力、声学与降噪、空气热力学、航空电子、环境监测、传感器与数据获取技术、远程飞机、专用飞机等。其试验设施很多，其中亚声速风洞5座、跨声速风洞9座、超声速风洞5座、高超声速风洞37座；环境试验设施2座；撞击及投掷试验设施2座；结构载荷疲劳试验设施2座；声学试验设施1座；工程飞行模拟器设施5座以及中心科学计算机组1个。
图2-8 兰利研究中心
美国许多知名的航空航天专家在此工作过，故有“兰利-母亲”之称。