飞机结构漫谈（三）

单翼机的尝试

在飞机发展初期，发动机功率低、重量大，建造机体的材料大多是木材和蒙布。为解决升空问题，需要双翼机大面积的机翼，以便在低速条件下产生足够的升力。随着飞机速度的不断提高，双翼机支柱和张线的阻力越来越大，成为提高速度的主要障碍。高强度铝合金问世后，人们已有可能制造出结构重量不太大而又能承受大载荷的薄机翼。逐渐地，单翼机开始频频地出现在天空中。

单从结构设计概念讲，单翼飞机几乎和双翼或者三翼飞机是一起发明的，由路易·布莱里奥（Louis Bleriot）和雷蒙·索尼耶（Raymond Saulnier）设计的布莱里奥十一型（Bleriot Model XI）就是其中一个著名的例子。

路易·布莱里奥（左）和雷蒙·索尼耶（右）

布莱里奥十一型

这架飞机首飞于1909年1月，最高速度每小时87.04公里，安装一具25马力、3汽缸、气冷式星型发动机，衍架式木质机身的左右两侧局部覆盖着粗棉布。

布莱里奥十一型现代复刻机

从图中可以看出，布莱里奥十一型采用薄翼型设计，机翼弯曲弧度很大，翼梁和翼肋构成框架后，外表覆以粗棉布。由于翼梁强度不足以支撑整架飞机的负载，机翼上下用细钢丝牵引加强，亦称“张线”。

这样，飞行时，机翼外侧向上弯曲，下表面的钢线受到张力，降落瞬间或机动飞行时，机翼外表面在惯性力作用下向下弯曲，上表面的钢线受到张力。从机身向机翼引出的钢线虽然能分担机翼受到的垂直于翼梁的剪力，但是同时也会产生沿翼梁轴向的挤压力，对于木头翼梁来说，这在当时颇受关注。

布莱里奥十一型三视图

据说，布莱里奥十一型原本采用了枢轴副翼（pivoting ailerons），但是飞机的横向稳定性并不好。在目睹了莱特兄弟“飞行者”精彩的侧弯表演后，布莱里奥把“飞行者”的机翼扭转方式用在了他的飞机上，才使“布莱里奥十一型”有了真正的横向控制能力。

原本尝试的枢轴副翼

1908年诺斯克里夫勋爵拿出1000英镑通过伦敦每日邮报悬赏第一个驾驶飞机成功飞越英吉利海峡的人，但是此后一年多并无人尝试。在经过数年飞机驾驶技术的磨练后，路易·布莱里奥向这个奖项发起挑战。

1909年7月25日凌晨4点15分布莱里奥比莱瑟姆早早地起床了，在作了一次半小时的短距离飞行后正式踏上飞越英吉利海峡的征程。此次历史性的飞行跨越35公里（22英里），历时37分钟。

飞跃英吉利海峡

有趣的是，当布莱里奥在英吉利海峡对岸的多佛降落的时候，第一个迎接他的是当地一名警察。

同时期法国和德国还出现了多种外型类似的单翼机，德国的福克E-Ⅲ单翼机（Fokker E-Ⅲ）因安装了世界独创的“射击协调器”而在战场上声名大噪，甚至引发了空战史上所谓的“福克灾难”。英国因为考虑强度和耐用性，对单翼构型并不热衷，所以整个第一次世界大战期间，英国只在1917年出现一种单翼机——布里斯托M.1C（Bristol M.1C）。

福克E-Ⅲ单翼机

PS：福克E-Ⅲ的“射击协调器”的发明也有一段有趣的经历。1915年4月19日，法国飞行员罗加斯驾驶取名为“莫拉纳--桑尼埃”的单座飞机在前线巡逻。据称，这是世界上第一架歼击机。在18天的巡航中，罗加斯先后击落 3架德国飞机，另使 2架德机迫降。此战绩使他荣获世界上第一个 “空中王牌”称号。以后，击落 5架飞机便被定为获得王牌飞行员的标准。罗加斯驾机出现，简直像死神一样，对德国飞行员构成了严重威胁。忽然有一天，罗加斯的飞机失事，其发动机产生爆炸，不得不滑翔到德军的防线后面着陆。罗加斯还没来得及把飞机烧毁，便已成了德军的俘虏。德军当局立即令福克检查了这架飞机，并让他在48小时内把一挺帕拉贝卢姆气冷式机枪安装在自己的飞机上，以便复演法国驾驶员的空战绝技。福克从来没有摆弄过机枪，更不要说射击的事。然而，就在规定的时限内，他和他的机械师们居然试制成了同步机枪，能够射过螺旋桨弧而不致击中叶片。这是他研究出了一个凸轮系统（射击断续器），容许武器只在螺旋桨不和机枪成一直线时射击。这样就诞生了有名的“福克式”歼击机。这种射击断续器的结构本身十分简单：在机械联动装置的末端安装有一个凸轮，该凸轮恰好在桨叶转到枪口之前受到螺旋桨的撞击，使机枪停止击发，到桨叶通过枪口，凸轮回到原来的位置之后，机枪再继续射击。飞机安装了这样机枪，射击效率大大提高。它的问世使前射的枪弹第一次能够穿过前方螺旋桨的旋转面，使射击轴线能尽可能靠近机身中心线，从而大大提高了命中率。