飞机结构一百年（上）

机身则是焊接钢管和交叉钢线结构

　　由普拉茨设计并于1918年服役的福克D.VII双翼机，把Dr-I的无拉力钢线、盒状翼梁、高升力机翼、交叉钢线金属焊接机身更为发扬光大，这两架飞机的特征都是外覆帆布，有着盒状翼梁的悬臂式机翼。而同年出现的机身纤细D.VIII单翼机，则有着后来成为标准设计的厚翼根、外覆三合板的机翼。

莱因霍尔德·普拉茨

福克D.VII双翼机现代复刻机

　　早在福克飞机之前，就有人设计出厚实的悬臂式机翼和全金属飞机了。1910年一位德国热动力学教授容克斯（Hugo Junkers）对航空产生了狂热兴趣，首先设计了内置拉力钢线的金属悬臂式厚机翼，虽然没有真正生产，但容克斯把这个机翼应用到1915年设计制造的单翼机J.1上，比福克的设计要早。J.1是第一架成功的全金属飞机，相当笨重，飞行时速194公里，只能容纳一名飞行员，机身钢管结构外部覆盖薄铁片，因此被昵称为“锡驴子”，机翼安装在机身中间（中置式），翼根很厚，逐渐向翼尖收薄。

雨果·容克斯

荣克斯J.1单翼机

　　容克斯曾想使用木材，但经过详细考虑之后，他认为只有金属材料才能实现设计理念。容克斯认为自然生长的树干和树枝只能提供大小、形状固定的木料；而金属所能提供的特性与尺寸几乎毫无限制，而且容易加工成形，可靠性和强度值可以正确掌握，又不受天候及大气的影响。

　　虽然德国军方对容克斯的设计抱有怀疑和排斥态度，但容克斯深信飞机本来就应该以金属制造，并继续改进他的设计。他把机体外蒙皮由铁片改为当时德国刚发明的轻质铜铝合金，用在1917年全金属的J.4翼半双翼机（sesquiplane）上，铝质外蒙皮呈波纹形来增加强度，波纹方向由前往后以减少风阻，该机被德军选定为主要对地攻击机，同盟国对其几乎束手无策。到大战结束的1918年11月，全金属、铝质波纹外蒙皮、悬臂式单翼构型的J.9和J.10相继服役，这两型飞机的机翼都安装在机身底部（下置式），和以往把机翼安装在机身顶部（上置式）或中间有所不同，容克斯考虑一旦飞机失事坠毁，机翼可以吸收撞击的能量，有利于飞行员的安全。等可收放起落架出现后，下置式机翼可使用较短较轻的起落架，显示出这种设计的另一个优点。容克斯对飞机结构演进的影响是全面性的，他是第一架悬臂式机翼飞机、第一架全金属飞机、第一架下单翼飞机的设计者与制造者。

容克斯J.4翼半双翼机

J.4的波纹蒙皮

全金属下单翼波纹蒙皮的J.10

　　第一次世界大战期间另一个重要的设计创新是硬壳式机身，mono来自希腊文，是“单一”的意思；coque来自法文，是“外壳”的意思，因此monocoque的意思是一片式外壳（就像蛋壳）。硬壳式结构有着薄而成弧状的外壳，不需内崁式加强条就能支撑外部负载，如果外壳和可分担负载的隔框或加强条搭接，则就称为半硬壳式（semi-monocoque）结构，这两种结构的主要承载部件都是那层应力蒙皮（stressed skin）。因此若依照严格的定义，现代飞机很难说是半硬壳式结构，因为机体蒙皮上有许多维护开口（cutout），所以绝大部分的气动力负载都由桁条和隔框承受，而不是蒙皮。

硬壳和半硬壳式机身的区别

　　硬壳式机身实际上在一战爆发的前夕就已经出现了，当时已有人尝试在圆形的木制隔框上铺上几层很薄的三合板，但因为很费工，以这种施工方式做出来的飞机没几架，其中最著名的的是法国的“竞赛者”（Racer），这架快速且流线的单翼机的壳状机身是由上下两片压模成形的木质三合板接合而成，它在1912年创下时速超过185.2公里的纪录。硬壳式施工技术的突破是在1918年，当时在劳黑德飞机制造公司（Loughead Aircraft Manufacturing Company）任职的诺斯洛普（John K. .Northrop），和公司创办者阿伦和马尔科姆·劳黑德兄弟（Alan and Malcolm Loughead），以及公司的制造总监斯塔德曼（T. Stadlmam）共同获得了硬壳式机身制程的专利，将施工的时间大幅度缩短。专利编号为1,425,113，诺斯洛普是主要设计者。

外形优美的“竞赛者”现代复刻机