译者注:本文原文发表在1996年10月份出版的美国《空军》杂志(AIR FORCE Magazine)上,原作者是沃尔特•博伊恩(Walter J. Boyne)。博伊恩之前担任过华盛顿特区美国国家航空航天博物馆的馆长,也是一位退役的空军上校和作家。他撰写过600多篇航空方面的文章和40本与航空有关的书籍。译文所配图片有改动。
“机翼的变化贯穿着飞行的历史。”

形形色色的机翼
整体概述
长久以来,“翅膀”这一事物始终在紧紧地抓着人类的想象力。每一种人类文明中都有关于飞行的神话。尽管人类对飞行如此地迷恋,但直到19世纪,科学家们才开始使用精确的数学方法来计算能够飞上天的机器的“翅膀”的最佳尺寸和形状。1903年,奥维尔•莱特和威尔伯•莱特(译者注:即著名的“莱特兄弟”)在他们的“飞行者”(Flyer)号飞机上采用了当时最好的翼型,这迫使他们的竞争对手们开始尝试其他各种形状、风格和尺寸的机翼,以避免侵犯莱特兄弟的专利权。有些人转向了多翼机──三翼机、四翼机,甚至更多机翼的飞机;其他一些人则将机翼的形状更改成了后掠翼、串翼(andem wing)、连接机翼(joined wing)和十字翼(cruciform wing)。

至少在古希腊人创造出伊卡洛斯的神话的时候,人类就已经开始梦想要获得一双翅膀了。这里展现的是18世纪一幅木刻上伊卡洛斯及其翅膀的形象

莱特兄弟的“飞行者1号”飞机,采用了当时最好的翼型
在这些机翼当中,绝大多数因为效率太低而难以起飞;有些机翼则能够产生刚好足够的升力,如果再配备有功率足够强大的发动机的话,那么是能够让飞机在空中蹒跚地飞行的。而且,当时几乎没有几种机翼能够兼顾稳定性和效率。
当时的某些机翼的设计理念是截然对立的──要么采用非常低的展弦比(即机翼翼展和平均几何弦长之比),要么采用非常高的展弦比;或者是要么采用一种纯粹的翼型,要么采用升力体结构──不过,在任何一个极端上有时总是会涌现出成功之作。
从20世纪20年代到40年代,航空工程方面的进步导致了更有力、更复杂的机翼的出现,而且在这些机翼上采用了现在为我们所熟悉的增升装置和现代化的空气动力学剖面。尽管如此,机翼在翼展、安装角和几何形状方面的改变仍在不断涌现。对某些人来说,其最终的目标是取消除机翼之外其他所有的翼面,或者是取消全部或部分的机翼。
空气动力学戏法
自20世纪40年代后期以来,空气动力学方面的进展以越来越快的速度加速发展着,在结合了新的要求之后,现代工程学方法和材料打造出了全新的机翼结构。当时,精巧的增升装置被安装到了机翼的前缘和后缘上,以便在飞机着陆的过程中发挥作用,其中缝翼和襟翼可以像魔术师袖筒里的手帕那样折叠起来。
机翼上的一些“副产品”已经变得相当复杂了。道格拉斯公司的C-47“笨鸟”(Gooney Bird)运输机那厚厚的机翼可以让飞行员永远穿行过寒冷、潮湿的云层,用气动除冰套除去凝结的冰块(译者注:除冰套安装于飞机机翼前缘,由多层橡胶组成,内部有可以充气膨胀的腔体,平时是薄薄的一层,紧贴在前缘表面,工作时充气膨胀,撑裂前缘表面的积冰);而一些现代化的机翼──如法国宇航/阿莱尼亚(Aerospatiale/Alenia)公司研发的ATR-42型飞机的机翼──的效率是如此之高,以至于即使是生成了很小的一块冰也会发生致命的危险。

安装在机翼前缘的气动橡胶除冰套的工作原理示意图
另一方面,随着机翼的复杂性越来越高,有时偶尔也会让人们回到早期发明家们提出的一些理念当中──这些理念在当时由于技术、机械甚至政治上的原因而没能实现。由此,塞缪尔•皮尔庞特•兰利(Samuel Pierpont Langley)那原本不成功的串翼(tandem wing)式设计在此期间受到了多年的重视,并且首先由法国人阿贝沙(Albessard)在其“Tri-avion”式战斗机和“阿森纳-达拉尼10”(Arsenal-Delanne 10)式战斗机上实现了,最近伯特•鲁坦(Burt Rutan)又在其“先进技术战术运输机”(Advanced Technology Tactical Transport,ATTT)上运用了这一翼型。

法国人阿贝沙研制的“Tri-avion”式串翼战斗机

“阿森纳-达拉尼10”式串翼战斗机

伯特•鲁坦设计的采用串翼构型的“先进技术战术运输机”
通过这种类似的方式,最伟大的回归表现在了飞翼上。早在1901年,在莱特兄弟的滑翔机上飞翼这种翼型就表现得很好,而现在在美国密苏里州怀特曼空军基地的起飞线上又出现了最高级的飞翼──诺思罗普•格鲁曼公司的B-2隐身轰炸机。
莱特兄弟后来又在他们的飞机上加装了升降舵和方向舵,但仍采用了他们强力支持的双翼构型。采用这种组合的机翼是一款设计上的杰作,实现了翼展、弦长和翼间距的平衡,无数其他设计师开始竞相模仿;再加上他们对三轴控制需求的深刻理解,莱特兄弟为当时其他大多数航空发明家奠定了模式,可以说这些发明家当中几乎没有人不曾受到过“侵犯莱特兄弟的这一专利权”的困扰。
某些航空发明家,例如格伦•柯蒂斯(Glenn H. Curtiss)也采用了类似的双翼平面布局,但他试图通过使用副翼的方式来避开莱特兄弟的专利。其他航空发明者们则依赖于他们的直觉、他们的审美意识,或者是他们对复杂的机械解决方案的痴迷──他们希望以一种不同于莱特兄弟的方法踏上飞行之路。
威尔伯•莱特于1908年在法国勒芒(Le Mans)进行的成功展示打开了欧洲人想象力的闸门,并开创了一股创新设计的潮流。尽管这些创新设计中大部分都失败了,但其中许多设计方案都预示了未来的发展趋势。
