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菲利普斯:把多翼理想进行到底

作者:航空知识王亚男
菲利普斯:把多翼理想进行到底

莱特兄弟在1903年试飞的“飞行者一号”是双翼飞机,早期飞机使用一层以上的机翼并不少见,双翼机、三翼机或者四翼都有,但是飞机最多能拥有多少层机翼?

早期飞机中有许多都是双翼机,这种设计主要目的是为了求得更大的升力面积,产生更大的升力,另一个好处是,双翼加撑杆张线的结构比较坚固,能够满足飞机对于结构强度的要求。理论上,机翼越多自然面积就越大,升力也越大,但是让飞机飞起来并不仅仅是升力够大就行。历史上,有一位航空先驱曾致力于用超多的机翼产生充沛的升力,他的飞机看起来像是老式房子上的百叶窗,但遗憾的是,如此多的机翼并没有让他的飞行梦想变成现实。这位先驱是英国人,叫做霍雷肖·弗雷德里克·菲利普斯(Horatio Frederick Phillips)。

菲利普斯:把多翼理想进行到底

霍雷肖·弗雷德里克·菲利普斯(1845—1924)

弯曲翼型的实践者

1845年,菲利普斯出生在伦敦郊外,他的父亲是一个枪械工匠,小菲利普斯从小就对机械有着浓厚的兴趣。当时飞行问题是许多科学家和工程师们竭尽全力寻求突破的重大科技问题,菲利普斯也对此热情爆棚,他严密关注英国皇家航空学会利用旋转臂和风洞进行的航空研究。研究来研究去,菲利普斯觉得皇家航空学会的进展太慢,认为自己能做得更好,于是他着手建造了自己的风洞亲自开始试验,此时他才不到40岁。

实验中他发现,相对于平板翼型,带弯曲弧度的翼型能产生更大的升力,如果再进一步,上表面弯曲程度大于下表面的机翼升力特性还能再进一步。乔治凯利早在19世纪初就提出过这一理论,但当时飞行先驱者们对此关注不多,菲利普斯的研究数据首次把这一理论以实证方式推到了前台,引起了全世界航空先驱的瞩目。自那以后,几乎所有飞行先驱都开始在自己的滑翔机或动力飞机上采用弯曲翼型,其中包括德国的李林塔尔、美国的兰利和莱特兄弟。可以这么说,菲利普斯的翼型研究帮了他们的大忙。

19世纪80年代,菲利普斯仔细研究了翼型与升力的关系。但是他过于痴迷于机翼的数量,对飞机的稳定性和控制问题则关注不多。从1893年起,他就开始制造一系列多翼飞机,最初是拥有50层机翼的燃煤飞机——每层机翼的翼型都不是随意选择,而是使用了菲利普斯的双表面翼型专利设计。他设计的机翼十分狭长,展弦比高达1:152,50层这样的机翼堆叠起来,虽然产生的升力不小,但是飞机的稳定性却成了牺牲品。这架飞机是一架测试用机,并没有载人飞行,应该说这一点还是有着科学的严谨性。菲利普斯打算用它来检测自己独创的机翼形式的升力特性。一番测试下来,菲利普斯发现这种机翼的承载能力可以达到400磅(180千克)。

菲利普斯:把多翼理想进行到底

1893年菲利普斯的50层机翼试验机,这架飞机有动力但不载人,在环形轨道上测试。

威尼斯百叶窗的败绩

有了1893年测试飞机的乐观结论垫底,菲利普斯开始着手打造真正可以载人飞行的飞机。11年后的1904年,他完成了自己的新飞机(1904年飞机)。这架1904型飞机机翼数量略有减少,改为20层,而且增加了十字形尾翼以提高稳定性,下面是三轮起落架。机翼的弦长(可以理解为宽度)仍然很小,只有10厘米左右,还是没有摆脱百叶窗的魔咒。发动机也是菲利普斯自己打造的,驱动一副两叶拉进式螺旋桨。测试的结果是令人遗憾的,飞机无法实现持续飞行,更谈不上什么操控性了。试验显示,飞机稳定性很差而且无法控制。最好的一次试飞,据说也只是跳跃飞行了15米(50英尺)。不过人们似乎没有忘记这架飞机,1965年著名航空主题影片《飞行器里的好小伙》开篇部分,就出现了一架精心制作的菲利普斯1904型复制品。

菲利普斯:把多翼理想进行到底

1904年菲利普斯打造的20层机翼多翼载人飞机,由于只关注了升力而没有解决稳定性和操控性,这架飞机只是跳跃飞行了15米。

1904型飞机的失败没有让菲利普斯气馁,他决心继续尝试。然而,他显然没有认识到前面失败的关键原因所在,始终认为是升力不足导致飞机无法持续飞行,这直接导致他后面打造的1907型飞机使用了多达200副机翼,俨然密集恐怖症患者的噩梦。这架飞机配备一台22马力(16千瓦)发动机,驱动一副7英尺(2.1米)螺旋桨,在1907年4月6日进行的测试中,据说实现了150米(500英尺)的飞行距离。尽管早在4年前,莱特兄弟的“飞行者一号”已经在美国实现了动力载人飞机首次成功飞行,但是菲利普斯这架百叶窗怪物仍然被视为是英国本土第一架飞起来的动力飞机。

菲利普斯:把多翼理想进行到底

1907年的200副机翼的菲利普斯飞机俨然百叶窗成精,但这架飞机也只能是飞得更远一些,控制问题还是迈向成功的拦路虎。(王宇/绘)

能飞起来当然是飞机的必备特征,但光是能飞起来还不足以成为一架好飞机。与当时那些常规设计飞机相比,菲利普斯的飞机除了外观超凡脱俗甚至离经叛道外,性能却无法和前者相比。菲利普斯反复努力都无法改善飞行性能,眼看着越来越多的常规布局飞机成了社会的新宠,他最终无奈地放弃了载人飞机的设计工作。

菲利普斯:把多翼理想进行到底

1946年美国诺斯罗普公司在广告里引用了佩利普斯的百叶窗式飞机,把这种失败的尝试作为起点,以表现诺斯罗普公司在机翼设计上的众多创新,其中包括1929年的内支撑机翼、1932年的分裂式襟翼和1941年的收放式副翼,直到最后惊世骇俗的飞翼。

菲利普斯:把多翼理想进行到底
菲利普斯:把多翼理想进行到底

1965年著名航空影片《飞行器里的好小伙》开篇部分,就出现了一架精心制作的菲利普斯1904型复制品。