情陷多翼机（上）
想要克服重力的束缚，就得产生足够的升力。运用现在中学生都知道的“伯努利定理”，让气流通过带弧度的机翼，造成的上下压力差会把飞行器抬起来。可见升力的大小主要由气流强度和机冀面积来决定，而在发动机的功率还很有限的条件下，自然就会想到以增加机翼面积来提高升力。航空理论先驱乔治·凯利曾指出，当机冀面积增大时，将无法同时保证重量轻和强度高，应当采用多层翼面结构。这是历史上首次明确提出的多翼机思想，包括莱特飞机在内的早期飞行器也因此几乎都是双翼机或三翼机。
尽管后来的研究发现，多层组合机翼实际获得的有效翼展并不等于单个翼面的累加，相邻机翼之间的气流干扰会使气动效率降低，还会带来结构和操纵等方面的问题。然而仍有不少人相信机翼越多，升空的可能性越大，一时间出现了装有四层、五层甚至上百片机翼的超级多翼机，而它们真的能飞起来吗？
从“百叶窗”到“鸟笼”
在航空纪元刚刚拉开帷幕的舞台上，英国人霍雷肖·菲利普斯(Horatio
Phillips)是个容易被后人遗忘的角色，不过他可是对机翼翼型进行系统性研究的先行者。出身于工匠家庭的菲利普斯在参观过英国皇家航空学会的风洞设施后颇受启发，觉得自己可以做得更好。他在1880年代初建造的风洞通过蒸汽装置导入持续的气流，试验结果比其它同类设备更可靠。菲利普斯利用风洞对不同剖面形状的各种机翼进行了大量试验，挑选出产生升力效果最好的样板，从1884年起陆续申请到以“双面翼型”命名的一系列设计专利。
这些研究成果很快就被同时代的其他航空发明家吸收借鉴，应用到滑翔机和动力飞机的研制上。菲利普斯自己也跃跃欲试要把理论付诸实践，并推论出机翼数量越多，能产生的升力就越大。1893年他制作出一台不载人的飞行器，在三轮底座上架起3米高的一整排共50片细长机翼，每片长度在6米左右，宽度仅3.8厘米，还装有一台4.5千瓦的燃煤蒸汽机用于驱动双叶螺旋桨。这套装置被戏称为“轮子上的威尼斯百叶窗”，重约160千克。而所谓的“试飞”是先铺设一条直径61米的环形轨道，再用绳索把“百叶窗”系在轨道中心的立柱上，启动发动机后使其沿着轨道进行圆周滑跑。测试所得到的最高纪录是，这台机器可以升到0.6～0.9米的高度连续“飞行”600米。虽说运行状态很不稳定，但这个结果还是让菲利普斯坚信多翼机大有潜力可挖。
菲利普斯在环形轨道上测试无人多翼机。
下一步就是要研制载人型号了。1904年，菲利普斯试图通过把机翼减少到20片、在机身尾部加装十字形的活动翼面来提高可操纵性，并自制了一台16千瓦的四缸汽油发动机作动力。整机用木料、钢管和蒙布搭建而成，连同一名驾驶者在内共重270千克。不过这件精简版“百叶窗”的纵向稳定性还是很糟糕，反复尝试最多也只能“跳”出15米远。令人费解的是，此后菲利普斯非但没有参考别人的经验加以改进，反而更“变本加厉”。到1907年他不仅把单排机翼的数量恢复到50片，还在机身前后装上4排这样的“百叶窗”并连接起来，犹如一个大鸟笼。4月6日，这架带有200片机翼的四方形飞行器总算飞出了152米的直线距离，这也被视作在英国完成的第一次动力飞行。然而不能在升空后控制飞行姿态的死穴，也使得“鸟笼”长期被人质疑能否算是真正意义上的飞机。也许菲利普斯已经意识到，与莱特兄弟等人的设计相比，自己的窄弦多翼机存在诸多无法克服的致命缺陷，因此放弃了继续改进的努力。
菲利普斯在机翼构造方面的研究曾走在时代的前列，可惜在实践中却一头钻进了追求翼面数量的死胡同，最终未能取得突破性的成果。直至1924年去世，他没有再涉足航空领域，不过还有机会见证到飞机在民用和军事领域突飞猛进的发展，也算可以聊以自慰了吧。
20片机翼的“百叶窗”飞机纵向稳定性不佳。
“鸟笼”虽能升空，但却无法控制。
菲利普斯1907年多翼机基本参数：
机长：4.57米
机高：3.05米
翼展：6.10米
空重：225千克
动力：一台16千瓦汽油发动机
起飞时速：48千米
“脚手架”与“笨天鹅”
除了菲利普斯，在大洋彼岸的美国也有好几位多翼机的信徒。其中，约翰·罗松(John
Roshon)原本只是宾夕法尼亚州哈里斯堡的一名摄影师，估计是被莱特兄弟引发的飞行热潮所感染，1906年时也突发奇想打算搞出架飞行机器来。他是受到谁的启发或是通过什么途径了解到多翼机概念的如今已不得而知，总之在折腾一年多后，罗松的“飞机”终于面世了。这是一台以四轮车架为底座，加上两层复杂机翼后貌似脚手架的怪异组合体。底下翼展较长的一层由前后各7片狭长机翼构成，上面较短的一层包含前后各6片机翼，之间又用上众多横七竖八的支撑管架，还有一片片更像装饰用的弧状蒙布。至于采用何种动力则资料不详，只能从照片上看到两片扁平的简易螺旋桨。
罗松没有留下试飞记录，只满足于在1907年10月为这台机器取得专利，并把它送到圣路易斯举办的航空锦标赛上展出后就回家重操旧业了。对研制飞机浅尝辄止的罗松恐怕也没有想到，自己能一直活到超音速时代的来临，就不知他回想当年的即兴之作时会有怎样的感慨了。
罗松的即兴之作“脚手架”只能算业余水平。
与业余性质的罗松相比，另一位同道中人的资历可要厉害得多，他就是实用型电话的发明者亚历山大·贝尔(Alexander
Bell)。早在1890年代，兴趣广泛的贝尔就着手研究重于空气的动力飞行器。起初，他试制了多种不同几何形状的风筝进行升力试验，发现用多个蒙有绸布的三角形拼接而成的四面体结构既轻便又结实，就把这种箱形风筝逐步放大直到可以承载发动机和驾驶员，并命名为“小天鹅”(Cygnet)。1907年他牵头组建了航空实验协会(Aerial
Experimental
Association)，由3393个小四面体单元组成、不到100千克重的“小天鹅”1号也建造完成。12月6日在加拿大新斯科舍省的一个海湾，这个带有浮筒的无动力风筝被一艘汽艇拖行着逐渐升到50米高，但由于牵引绳没能及时松开，这只“小天鹅”只飞了7分钟就直接栽到水面而损毁。
贝尔倒没有气馁，两年后又制作出更大些的2号机，密密麻麻的四面体构成了蜂窝状的多层机翼，底下改装滑橇便于在平坦的冰面上滑行。然而这次装上的发动机功率不足，2号机始终无法脱离冰面。1912年的3号机采用了改进的操纵机构和轮式起落架，但也只是勉强“飘”离地面而已。事实证明，这种风筝飞机对风力风向的要求太高，既不容易驾驶，建造起来也相当麻烦。与此同时，航空实验协会中的其他成员如格伦·寇蒂斯等人在常规布局飞机上已经取得实质进展，年事已高的贝尔也就不再坚持拿“小天鹅”徒耗精力了。
“小天鹅”2号的外观可远不如它的名字那么优雅。
用风筝放大而成的飞机受风力风向影响很大。
贝尔“小天鹅”2号基本参数：
机长：3.9米
翼展：16米
空重：431千克
动力：一台36千瓦寇蒂斯发动机
多一些还是少一些？
当欧洲人对莱特兄弟的成功仍知之甚少时，许多异想天开的设计还能大行其道。1908年，一位富有的法国贵族德·埃奎维利(d'Equevilly)侯爵就被多翼机的构思所打动，慷慨解囊提供研制经费。接受赞助的是何许人也已难以考证，不过他显然没经过充分验证就直接做出了成品。这具高5米、宽7米的椭圆形金属骨架像是没有糊纸的灯笼，顶上有两片整体式机翼，往下为5对中间分离的对称翼面，都是由蒙上布料的薄木框架制成的。在四轮底座上装有一台功率仅5千瓦的三汽缸空冷发动机，通过传动链条驱动位于椭圆中心点的螺旋桨，后面的空间可以坐（或站？）上一个人。只是这位“飞行员”不但找不到操纵杆，机身上连舵面、刹车之类的控制装置都没有，可想而知当螺旋桨转动起来后，他能做的除了抓紧扶手外就剩祈祷了。
糟糕的气动外形和低效的动力系统使得这台机器停留在法国南部阿尔勒的田野上，成为一座尴尬的摆设。为了不让投资人失望，研制者很快又搬出“升级版”，取消了顶上的两片长机翼，机身框架更接近于圆形，把内部的翼面大幅增加到二三十对。结果不难想象，侯爵的金钱再次打了水漂。
德·埃奎维利侯爵资助的蛋形多翼机。
增加了翼面数量的“升级版”仍是飞不动的摆设。
也许机翼少一些反倒容易成功？美国人杰罗姆·泽布(Jerome
Zerbe)原是加利福尼亚州一所技术高中的教师，他最早搞出的飞机就“仅有”6层机翼，成对的翼面呈阶梯状纵向排列，不过似乎只是个地面试验品。1910年1月，在洛杉矶的多明格兹举办了美国第一个国际性的航空展，泽布也带着第二架多翼机前往参加。这回他的飞机上只有5组翼面，仍然是前高后低的排列方式，在完全敞开的机身前部装有左右并列的两具螺旋桨，由底座上的发动机通过链条和传动杆来驱动。11日下午，在现场两万名观众的欢呼声中，泽布亲自启动飞机开始滑跑，谁知没等升空就因前轮撞上地面的凹坑导致机身侧翻，机翼随之损坏，最后还是在气球的拖吊下被搬离了现场。
原打算借航空展扬名立万的泽布给意外事件弄了个灰头土脸，直到1918年才在阿肯色州的费耶特维尔重新露面。他的新项目是为一伙商人打造“空中轿车”(Air
Sedan)，让飞行员和乘客都坐在密封的机舱内，这大概可以算作最早的公务机了。泽布再次把机翼数量减少到4层，而且既平又薄，还使用了独特的连杆操纵系统，通过使翼面弯曲来控制气流方向，起到升降舵的作用。机头发动机属于一战结束后从法国弄来的剩余物资，不过安装位置对飞行员的视野有着很大的阻碍。“空中轿车”的试飞在一家游乐场里进行，据称曾飞出大约300来米，但也有目击者说它只是在地面“蹦蹦跳跳”罢了。显然没有哪个商人愿意搭乘这样的飞机，而泽布和他过于另类的作品从此也销声匿迹了。
泽布的五翼机正在起飞，但很快就摔了跟头。
另类的“空中轿车”没能成为第一代公务机。
《笨鸟难飞》系列连载于《航空世界》2012～2014年
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(2015-05-02 10:39:16)