航空有大美(一):初鳴

0 寫在前面

飛機(jī),在我看來一直是人類造物中最美的存在力麸,無論是側(cè)衛(wèi)家族優(yōu)雅如天鵝般略略下垂的機(jī)頭,還是P-51“野馬”夸張的腹部滑油散熱器,抑或787翩翩起舞的漸變上反角機(jī)翼兰怠,都讓我如癡如醉。形式服從功能矿微,漂亮的飛機(jī)必然是好飛機(jī)痕慢,只是航空的美實(shí)在是多種多樣,漂亮的標(biāo)準(zhǔn)也隨著“功能”的不同而變化涌矢。

“航空有大美而不言掖举,飛行有明法而不議,鄙人以拙筆一支娜庇,帶著讀者們以歷史為線塔次,原航空之美而達(dá)飛行之理方篮。”

1 緣起

大約是大四上學(xué)期,和一位朋友在科大東區(qū)西門吃燒烤,我當(dāng)時(shí)對(duì)著月亮出神,忽然開始腦補(bǔ)F117隱身轟炸機(jī)的剪影從月面掠過的場(chǎng)景励负。于是跟朋友說,F117這種早期的隱身設(shè)計(jì)真是太臃腫了,不好看藕溅。借著孜然的香氣,朋友說,同樣是棱角分明,米28就好看的多,一股邪氣帶著壓迫感鋪面而來。之后你一言我一語的聊了不少飛機(jī)外形設(shè)計(jì)的美學(xué)標(biāo)準(zhǔn),最后約定以后有空寫個(gè)長(zhǎng)點(diǎn)的稿子,看看能不能投到空軍之翼網(wǎng)站继榆。

只可惜后來我倆都把這事給忘了,不到半年前我想起這件事,于是動(dòng)筆寫了幾架飛機(jī)的評(píng)價(jià),但又覺得只是寫外形的美感有些突兀,前幾天把原稿看了一遍之后決定重寫,每種飛機(jī)我都盡量從一個(gè)著名事件入手,再來評(píng)論一番外形,最后點(diǎn)評(píng)一下一些技術(shù)上的小細(xì)節(jié),方便讀者們對(duì)欣賞對(duì)象有更全面的了解巾表。我最大的希望就是,有人讀了之后能激發(fā)起對(duì)航空的興趣,原本有興趣的讀者們也可以從一個(gè)新的角度解讀這些美妙的航空器。只是我的文筆實(shí)在堪憂,此文權(quán)當(dāng)練筆,看看合不合大家的胃口吧略吨。

2 飛行者一號(hào)

1903年12月17日,北卡羅來納州,小鷹鎮(zhèn),這個(gè)至今也只有三千多人口的小鎮(zhèn)即將見證人類歷史上最重大的事件之一:飛行集币。鎮(zhèn)南的沙地上,北緯36度的冷風(fēng)刮過還未完全融化的積雪,一列單薄的軌道正在被調(diào)整到迎風(fēng)的方向。就在前幾天,哥哥 威爾伯 萊特駕駛的飛機(jī)在幾位救護(hù)人員的注視下,從一個(gè)沙丘的軌道上滑躍而起,可惜由于過早爬升而失速墜落翠忠。

今天,借著超過30千米每小時(shí)的大風(fēng),弟弟奧維爾 萊特得到了人類歷史上第一次重于空氣的載人機(jī)器的飛行機(jī)會(huì)鞠苟。奧維爾趴上下層機(jī)翼的帆布蒙皮,把自己的臀部固定馬鞍狀凹槽里,左手握住云杉木的升降控制桿,啟動(dòng)了自己打造的鋁制四缸引擎。在風(fēng)速超過40千米每小時(shí)的時(shí)候,松開鎖定,飛機(jī)迎著風(fēng)費(fèi)力的加速起來,離開軌道,搖晃著飛行了十二秒,在距離軌道36.5米的沙地上落了下來秽之。

Figure 1: 1903年12月,這短短30米的驚鴻一躍邁出了人類航空史上真正的一大步.

作為人類歷史上第一個(gè)依賴自主動(dòng)力飛行的,可載人的,重于空氣的飛行器(現(xiàn)在稱為飛機(jī),可惜當(dāng)時(shí)plane還沒這個(gè)意思),飛行者一號(hào)很難用當(dāng)代飛機(jī)的美丑標(biāo)準(zhǔn)來判斷当娱。當(dāng)時(shí)正在經(jīng)營(yíng)自行車公司的萊特兄弟設(shè)計(jì)出來的飛機(jī)也有著濃濃的單車味兒:看似單薄的簡(jiǎn)潔框架構(gòu)建出整個(gè)飛機(jī)的形態(tài),連接著前部的水平前翼,中央的雙層主翼和尾部的垂直尾翼。

缺乏了現(xiàn)代飛機(jī)常見的粗壯機(jī)身,這架飛機(jī)顯得簡(jiǎn)陋而脆弱考榨。然而,相比之前很多看似更加完善的設(shè)計(jì)(阿代爾的“風(fēng)神”,蘭利的水上飛機(jī)),萊特兄弟解決了早期飛行器最欠缺的操縱性問題:飛行員臀部控制的“馬鞍”連接著主翼兩端和尾部的垂直尾翼,通過扭動(dòng)腰部就可以控制飛機(jī)的滾轉(zhuǎn)/方向:在測(cè)試滑翔機(jī)的過程中萊特兄弟就認(rèn)識(shí)到了飛機(jī)水平轉(zhuǎn)向必然需要傾斜機(jī)身,于是設(shè)計(jì)了這樣一種“混控”的轉(zhuǎn)向機(jī)制跨细。左手控制的全動(dòng)式升降舵由一個(gè)自行車花鼓固定在機(jī)身前方——這個(gè)現(xiàn)在被稱為“鴨翼”的設(shè)計(jì),將在數(shù)十年后在最新銳的戰(zhàn)斗機(jī)中開花結(jié)果。

3 飛越海峽

深藍(lán)色的海面上空,漸漸傳來一陣競(jìng)速摩托的引擎聲,其實(shí)那是一架單翼小飛機(jī)在掙扎著抖落身上凝結(jié)的水霧董虱。在剛剛過去的十幾分鐘里,飛行員在這個(gè)沒有羅盤的開放式座艙中經(jīng)歷了人身中最孤獨(dú)的一段時(shí)間:海面上沒有一個(gè)參照物,海霧擾亂了天際線,他只能依靠直覺保持著飛機(jī)的方向扼鞋。漸漸地,他看到了多佛那標(biāo)志性的白色海崖,沿著海岸線飛行了一段時(shí)間后,在呼嘯的海風(fēng)中,飛機(jī)艱難的“拍”在了多佛堡附近的草地上,機(jī)身幾乎斷開,螺旋槳也斷了半根,但飛行員除了臉上有些刮傷外,安然無恙。


Figure 2: 布萊里奧XI的現(xiàn)代復(fù)制品

這是1909年的七月,離萊特兄弟的首飛不到六年愤诱。在我看來,布萊里奧XI,這架設(shè)計(jì)于1908年的飛機(jī)不僅僅是第一架現(xiàn)代意義上的實(shí)用飛機(jī),也奠定了幾十年里螺旋槳飛機(jī)的設(shè)計(jì)語言——平直而向后方收斂的機(jī)身搭配上平直的主翼,尾部則是一片全動(dòng)式垂直尾翼和“掛”在機(jī)身下方的水平尾翼——形式服從于功能,簡(jiǎn)潔,高效,有時(shí)甚至有些粗獷云头。


Figure 3: 布萊里奧XI的模型圖紙,機(jī)翼顯得粗而短,由于材料和工藝的限制,早期飛機(jī)大多采用較小的展弦比(翼展/ 機(jī)翼弦長(zhǎng),可以理解為機(jī)翼的長(zhǎng)寬比),在同樣翼面積下,小展弦比對(duì)材料的強(qiáng)度要求更低。

和崇尚繁復(fù)精美的法式美學(xué)不同,這架飛機(jī)更像是簡(jiǎn)單直接的德意志工業(yè)品,但又沒有德國工藝的厚重——略帶上反角(平飛時(shí)機(jī)翼基準(zhǔn)平面和水平面的夾角,若高于水平面稱為上反角)的機(jī)翼搭配著圓潤(rùn)的翼尖,幾乎沒有厚度的凹凸翼型顯露出機(jī)翼的骨架,如同昆蟲的翅脈般若隱若現(xiàn),再加上光滑的發(fā)動(dòng)機(jī)整流罩以及座艙部分,整個(gè)飛機(jī)就像一個(gè)大蜻蜓淫半。


Figure 4: 這架飛機(jī)另一個(gè)有趣之處在水平尾翼,和現(xiàn)代飛機(jī)水平安定面與水平舵前后布置不同,它的水平舵在水平安 定面的兩側(cè)溃槐。這張圖來自一架純手工制作的1/16比例模型。

即使停在地面,你也會(huì)覺得那些連接著機(jī)翼的張線會(huì)隨時(shí)拉著機(jī)翼振翅欲飛科吭。其實(shí)這些張線真的會(huì)動(dòng):也許是為了減輕重量,加上本來機(jī)翼的柔性就相當(dāng)好,設(shè)計(jì)師Raymond Saulnier放棄了之前布萊里奧系列飛機(jī)使用的可動(dòng)副翼,而是用回了萊特兄弟彎曲機(jī)翼的操控方式昏滴。

除了外形,這架飛機(jī)還有不少設(shè)計(jì)可圈可點(diǎn)。例如看似繁復(fù)的起落架實(shí)際上是有著吸收降落時(shí)沖擊的作用的,每個(gè)立柱上都有兩根彈簧通過拉伸變形吸收能量对人。而它采用的發(fā)動(dòng)機(jī)也可以說是第一種量產(chǎn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)谣殊。這個(gè)源自競(jìng)速摩托的風(fēng)冷三缸Anzani發(fā)動(dòng)機(jī)排量3.4L,自重63kg,最大功率達(dá)到了30馬力。相比之下,6年前萊特兄弟自制的水冷直列四缸發(fā)動(dòng)機(jī)(這也是目前民用車輛最常用的動(dòng)力裝置)自重77kg,功率只有12馬力牺弄。汽車運(yùn)動(dòng)的發(fā)展在早期的確大大促進(jìn)了航空動(dòng)力的進(jìn)步姻几。


Figure 5: 這里展示的也許是這架飛機(jī)對(duì)后世影響最大的部分了:操縱方式。現(xiàn)代飛機(jī)普遍采用的操縱桿+腳舵的組合, 在布萊里奧VIII上首次使用,在布萊里奧XI上發(fā)揚(yáng)光大。圖中央類似方向盤的物體就是操縱桿,前傾則下壓機(jī)頭,反之抬 起,左傾則飛機(jī)左側(cè)下沉右側(cè)上升蛇捌。座艙前側(cè)的底部,兩個(gè)黑色半圓環(huán)的物體連接的就是腳舵,向前推其中一側(cè),則飛機(jī) 向?qū)?yīng)方向水平轉(zhuǎn)向抚恒。

首次“越洋”飛行激起了人們對(duì)飛行競(jìng)賽的渴望,在隨后的十幾年里,各種航空競(jìng)賽相繼登場(chǎng),越來越多的技術(shù)被率先投入飛機(jī)的制造,航空史上最讓人激動(dòng)的黃金時(shí)代,即將來臨。

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