0 写在前面
飞机，在我看来一直是人类造物中最美的存在，无论是侧卫家族优雅如天鹅般略略下垂的机头，还是P-51“野马”夸张的腹部滑油散热器，抑或787翩翩起舞的渐变上反角机翼，都让我如痴如醉。形式服从功能，漂亮的飞机必然是好飞机，只是航空的美实在是多种多样，漂亮的标准也随着“功能”的不同而变化。
“航空有大美而不言，飞行有明法而不议，鄙人以拙笔一支，带着读者们以历史为线，原航空之美而达飞行之理。”
1 缘起
大约是大四上学期,和一位朋友在科大东区西门吃烧烤,我当时对着月亮出神,忽然开始脑补F117隐身轰炸机的剪影从月面掠过的场景。于是跟朋友说,F117这种早期的隐身设计真是太臃肿了,不好看。借着孜然的香气,朋友说,同样是棱角分明,米28就好看的多,一股邪气带着压迫感铺面而来。之后你一言我一语的聊了不少飞机外形设计的美学标准,最后约定以后有空写个长点的稿子,看看能不能投到空军之翼网站。
只可惜后来我俩都把这事给忘了,不到半年前我想起这件事,于是动笔写了几架飞机的评价,但又觉得只是写外形的美感有些突兀,前几天把原稿看了一遍之后决定重写,每种飞机我都尽量从一个著名事件入手,再来评论一番外形,最后点评一下一些技术上的小细节,方便读者们对欣赏对象有更全面的了解。我最大的希望就是,有人读了之后能激发起对航空的兴趣,原本有兴趣的读者们也可以从一个新的角度解读这些美妙的航空器。只是我的文笔实在堪忧,此文权当练笔,看看合不合大家的胃口吧。
2 飞行者一号
1903年12月17日,北卡罗来纳州,小鹰镇,这个至今也只有三千多人口的小镇即将见证人类历史上最重大的事件之一:飞行。镇南的沙地上,北纬36度的冷风刮过还未完全融化的积雪,一列单薄的轨道正在被调整到迎风的方向。就在前几天,哥哥 威尔伯 莱特驾驶的飞机在几位救护人员的注视下,从一个沙丘的轨道上滑跃而起,可惜由于过早爬升而失速坠落。
今天,借着超过30千米每小时的大风,弟弟奥维尔 莱特得到了人类历史上第一次重于空气的载人机器的飞行机会。奥维尔趴上下层机翼的帆布蒙皮,把自己的臀部固定马鞍状凹槽里,左手握住云杉木的升降控制杆,启动了自己打造的铝制四缸引擎。在风速超过40千米每小时的时候,松开锁定,飞机迎着风费力的加速起来,离开轨道,摇晃着飞行了十二秒,在距离轨道36.5米的沙地上落了下来。
Figure 1: 1903年12月,这短短30米的惊鸿一跃迈出了人类航空史上真正的一大步.
作为人类历史上第一个依赖自主动力飞行的,可载人的,重于空气的飞行器(现在称为飞机,可惜当时plane还没这个意思),飞行者一号很难用当代飞机的美丑标准来判断。当时正在经营自行车公司的莱特兄弟设计出来的飞机也有着浓浓的单车味儿:看似单薄的简洁框架构建出整个飞机的形态,连接着前部的水平前翼,中央的双层主翼和尾部的垂直尾翼。
缺乏了现代飞机常见的粗壮机身,这架飞机显得简陋而脆弱。然而,相比之前很多看似更加完善的设计(阿代尔的“风神”,兰利的水上飞机),莱特兄弟解决了早期飞行器最欠缺的操纵性问题:飞行员臀部控制的“马鞍”连接着主翼两端和尾部的垂直尾翼,通过扭动腰部就可以控制飞机的滚转/方向:在测试滑翔机的过程中莱特兄弟就认识到了飞机水平转向必然需要倾斜机身,于是设计了这样一种“混控”的转向机制。左手控制的全动式升降舵由一个自行车花鼓固定在机身前方——这个现在被称为“鸭翼”的设计,将在数十年后在最新锐的战斗机中开花结果。
3 飞越海峡
深蓝色的海面上空,渐渐传来一阵竞速摩托的引擎声,其实那是一架单翼小飞机在挣扎着抖落身上凝结的水雾。在刚刚过去的十几分钟里,飞行员在这个没有罗盘的开放式座舱中经历了人身中最孤独的一段时间:海面上没有一个参照物,海雾扰乱了天际线,他只能依靠直觉保持着飞机的方向。渐渐地,他看到了多佛那标志性的白色海崖,沿着海岸线飞行了一段时间后,在呼啸的海风中,飞机艰难的“拍”在了多佛堡附近的草地上,机身几乎断开,螺旋桨也断了半根,但飞行员除了脸上有些刮伤外,安然无恙。
Figure 2: 布莱里奥XI的现代复制品
这是1909年的七月,离莱特兄弟的首飞不到六年。在我看来,布莱里奥XI,这架设计于1908年的飞机不仅仅是第一架现代意义上的实用飞机,也奠定了几十年里螺旋桨飞机的设计语言——平直而向后方收敛的机身搭配上平直的主翼,尾部则是一片全动式垂直尾翼和“挂”在机身下方的水平尾翼——形式服从于功能,简洁,高效,有时甚至有些粗犷。
Figure 3: 布莱里奥XI的模型图纸,机翼显得粗而短,由于材料和工艺的限制,早期飞机大多采用较小的展弦比(翼展/ 机翼弦长,可以理解为机翼的长宽比),在同样翼面积下,小展弦比对材料的强度要求更低。
和崇尚繁复精美的法式美学不同,这架飞机更像是简单直接的德意志工业品,但又没有德国工艺的厚重——略带上反角(平飞时机翼基准平面和水平面的夹角,若高于水平面称为上反角)的机翼搭配着圆润的翼尖,几乎没有厚度的凹凸翼型显露出机翼的骨架,如同昆虫的翅脉般若隐若现,再加上光滑的发动机整流罩以及座舱部分,整个飞机就像一个大蜻蜓。
Figure 4: 这架飞机另一个有趣之处在水平尾翼,和现代飞机水平安定面与水平舵前后布置不同,它的水平舵在水平安 定面的两侧。这张图来自一架纯手工制作的1/16比例模型。
即使停在地面,你也会觉得那些连接着机翼的张线会随时拉着机翼振翅欲飞。其实这些张线真的会动:也许是为了减轻重量,加上本来机翼的柔性就相当好,设计师Raymond Saulnier放弃了之前布莱里奥系列飞机使用的可动副翼,而是用回了莱特兄弟弯曲机翼的操控方式。
除了外形,这架飞机还有不少设计可圈可点。例如看似繁复的起落架实际上是有着吸收降落时冲击的作用的,每个立柱上都有两根弹簧通过拉伸变形吸收能量。而它采用的发动机也可以说是第一种量产航空发动机。这个源自竞速摩托的风冷三缸Anzani发动机排量3.4L,自重63kg,最大功率达到了30马力。相比之下,6年前莱特兄弟自制的水冷直列四缸发动机(这也是目前民用车辆最常用的动力装置)自重77kg,功率只有12马力。汽车运动的发展在早期的确大大促进了航空动力的进步。
Figure 5: 这里展示的也许是这架飞机对后世影响最大的部分了:操纵方式。现代飞机普遍采用的操纵杆+脚舵的组合, 在布莱里奥VIII上首次使用,在布莱里奥XI上发扬光大。图中央类似方向盘的物体就是操纵杆,前倾则下压机头,反之抬 起,左倾则飞机左侧下沉右侧上升。座舱前侧的底部,两个黑色半圆环的物体连接的就是脚舵,向前推其中一侧,则飞机 向对应方向水平转向。
首次“越洋”飞行激起了人们对飞行竞赛的渴望,在随后的十几年里,各种航空竞赛相继登场,越来越多的技术被率先投入飞机的制造,航空史上最让人激动的黄金时代,即将来临。
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