依蔓 史慶起

?現(xiàn)代飛機(jī)多為單翼機(jī)，根據(jù)機(jī)翼的數(shù)量，飛機(jī)可以分為單翼機(jī)、雙翼機(jī)和多翼機(jī)（通常有3副及以上機(jī)翼的飛機(jī)統(tǒng)稱為多翼機(jī)）

現(xiàn)在，我們看到的飛機(jī)多為單翼機(jī)，即左右各有一個機(jī)翼。但是，世界上第一架飛機(jī)其實是雙翼機(jī)。飛機(jī)設(shè)計師是如何將機(jī)翼數(shù)量“化繁為簡”的呢？

18世紀(jì)后期到19世紀(jì)上半葉，英國空氣動力學(xué)家喬治·凱利，通過對鳥類飛行原理，以及鳥翼面積、鳥的體重與飛行速度的大量觀察研究，發(fā)現(xiàn)機(jī)翼產(chǎn)生的升力與飛行速度的平方及機(jī)翼的面積存在著成正比的關(guān)系，此外，升力系數(shù)還會隨機(jī)翼的迎角發(fā)生變化。

1903年12月17日，美國萊特兄弟借助喬治·凱利的理論和德國滑翔飛行家李林達(dá)爾的滑翔飛行數(shù)據(jù)，研制出了一架雙翼機(jī)。作為世界上第一架可操縱、帶動力、可載人、可持續(xù)穩(wěn)定飛行的飛機(jī)，這被認(rèn)為是飛機(jī)誕生的標(biāo)志。6年后的1909年，世界首架單翼機(jī)也試飛成功。

自飛機(jī)問世以來，飛機(jī)設(shè)計師不斷嘗試各種方法，以求提高飛機(jī)的升力。根據(jù)升力公式：

機(jī)翼升力=? ×空氣密度×速度的平方×機(jī)翼的面積×機(jī)翼升力系數(shù)

即機(jī)翼產(chǎn)生的升力與飛行速度的平方和機(jī)翼面積成正比。但起初，飛機(jī)發(fā)動機(jī)功率不足，飛行速度較慢且很難提升。于是，設(shè)計師設(shè)想通過增加機(jī)翼面積來獲得較大的升力。

要增加機(jī)翼面積，其中一個方法是增加機(jī)翼的展弦比。一般來說，展弦比越大，飛機(jī)機(jī)翼越細(xì)長，升力系數(shù)越大；反之，展弦比越小，飛機(jī)機(jī)翼越粗短，升力系數(shù)越小。這點(diǎn)在自然界也有體現(xiàn)——需要長距離或長時間飛行的鳥類，通常具有大展弦比的翅膀；需要良好機(jī)動性的鳥類，翅膀的展弦比則相對較小。

?現(xiàn)代民航客機(jī)與戰(zhàn)斗機(jī)的比較：民航客機(jī)（左圖）的機(jī)翼相對細(xì)長，能提供較大的升力；戰(zhàn)斗機(jī)的機(jī)翼相對粗短，能提供更好的機(jī)動性

不過，由于早期飛機(jī)的材料以木材為主，如果翼展過大，機(jī)翼容易折斷，設(shè)計師因此不得不考慮將機(jī)翼設(shè)計成雙層翼甚至多層翼的布局。

無論雙層翼還是多層翼布局，都是解決當(dāng)時飛機(jī)速度不高、材料受限、自重較大的折中方案。特別是多翼機(jī)，其機(jī)翼結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜，這大大增加了飛行阻力，使得同樣動力條件下，飛機(jī)飛行速度的提升難度更大。如此的先天不足，也決定了多翼機(jī)曇花一現(xiàn)的歷史命運(yùn)。

雖然第一次世界大戰(zhàn)期間（1914年7月28日—1918年11月11日）單翼戰(zhàn)斗機(jī)就已經(jīng)出現(xiàn)，但由于結(jié)構(gòu)、材料和工藝等方面的限制，當(dāng)時人們普遍認(rèn)為單翼機(jī)結(jié)構(gòu)單薄，安全性和穩(wěn)定性不如雙翼機(jī)。

?早期飛機(jī)由于材料技術(shù)的限制，有很多支架等設(shè)計，主要目的是增加機(jī)身與機(jī)翼的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度

?早期的雙翼機(jī)在進(jìn)行試飛。雙翼機(jī)飛得慢，容易獲得升力，不需要太長的跑道即可起飛，目前在飛行表演等場景中仍有應(yīng)用

然而伴隨著航空科技的快速發(fā)展，20世紀(jì)20年代后半期到30年代，世界航空工業(yè)迎來了承前啟后的發(fā)展“黃金期”——發(fā)動機(jī)技術(shù)改良，大大提升了飛機(jī)的發(fā)動機(jī)功率，進(jìn)而提高了飛行速度，為單翼機(jī)靠速度提升升力創(chuàng)造了前提條件；各種金屬材料，以及相應(yīng)的加工工藝不斷改進(jìn)，使單翼機(jī)一改以往的“單薄”形象，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度邁上新高度；科學(xué)家在空氣動力學(xué)領(lǐng)域也不斷取得新的研究成果，迎來了流線型外形的新時代。就這樣，外形“干凈簡單”的單層翼飛機(jī)，憑借重量輕、阻力小、氣動性更好的優(yōu)勢最終取代了雙翼機(jī)，成為今天飛機(jī)的主要形式。

飛機(jī)作為一項改變世界的發(fā)明，身上的每個部件都不簡單，單在飛機(jī)“翅膀”數(shù)量這一方面，就蘊(yùn)含這么多科學(xué)道理。對于飛機(jī)的“翅膀”，你還知道哪些知識？

機(jī)翼的展弦比為翼展與機(jī)翼平均幾何弦長的比值，也可以用翼展的平方與機(jī)翼面積的比值來表示。

翼展指固定翼飛機(jī)左右翼尖之間的距離，弦長指翼弦的長度，翼弦即翼型（也叫翼剖面）前緣點(diǎn)與后緣點(diǎn)之間的連線。由于大多數(shù)飛機(jī)機(jī)翼不同位置的翼弦不一樣長，例如翼根弦長與翼尖弦長，因此一般常用的弦長參數(shù)為平均幾何弦長，即取翼根弦長與翼尖弦長的平均值。

（責(zé)任編輯 / 張麗靜? 美術(shù)編輯 / 周游）