奧維爾·萊特
 | 此條目需要精通或熟悉相關主題的編者參與及協助編輯。 (2019年8月21日) |
 | 此條目沒有列出任何參考或來源。 (2019年8月21日) |
威爾伯•萊特（Wilbur Wright，1871年8月19日—1948年1月30日)，出生於美國印第安那州及俄亥俄州，美國航空先驅，和奧維爾•萊特（Orville Wright）為兄弟。
Orville Wright | |
|---|---|
 圖片來源中國數字科學網 | |
| 出生 |
1871年8月19日 美國俄亥俄州 |
| 逝世 |
1948年1月30日（76歲） 美國俄亥俄州 |
| 職業 | 飛機發明者 |
| 配偶 | 終身未婚未育 |
1903年12月17日萊特兄弟駕駛自行研製的固定翼飛機飛行者一號實現了人類史上首次重於空氣的航空器持續而且受控的動力飛行[1][2][3]，被廣泛譽為現代飛機的發明者。萊特兄弟雖然不是進行航空器飛行試驗的第一人，但他們首創了讓固定翼飛機能受控飛行的飛行控制系統，從而為飛機的實用化奠定了基礎[4]，此項技術至今仍被應用在所有的固定翼航空器身上[5][6]。
早年萊特兄弟經營他們的店鋪時常年與印刷機、自行車、汽車和其他機械打交道，這為他們的機械技術打下了堅實的基礎，也影響了他們在應對飛行難題時的解決思路[7]。他們利用自製的小型風洞進行了大量實驗，收集了比前人更精確的數據，從而設計出了更高效的機翼和螺旋槳[8][9]。他們還與人合作設計並製造了他們的首台飛機引擎。從1900年開始到1903年他們進行首次動力飛行之前，兩兄弟用滑翔機進行了大量試驗和訓練，使他們成為了優秀的飛行員，而他們倆也培養出了大量優秀的早期飛行員。萊特兄弟對人類的航空事業做出了重大貢獻，而與此同時他們的引發的專利糾紛又曾在一定程度上鉗制過航空製造業的發展。但不管如何，他們都是人類航空史上舉足輕重的人物，為人類的飛行之夢留下了濃墨重彩的一筆。
目錄
童年
威爾伯•萊特於1867年出生在印地安那州米爾維爾鎮 (印地安那州)附近；奧維爾則於1871年出生在俄亥俄州的代頓市。父親米爾頓•萊特（Milton Wright，1828－1917年）是英裔美國人和荷蘭人的後代。母親蘇珊•凱瑟琳•科納（Susan Catherine Koerner，1831－1889年）則是德國人和瑞士人的後代[10]。
萊特兄弟是七兄妹中的兩位，他們的兄弟姐妹有瑞赫琳（Reuchlin，1861－1920年）、洛林（Lorin，1862－1939年）、凱瑟琳（Katharine，1874－1929年）、以及雙胞胎歐提斯（Otis）和艾達（Ida。兩人生於1870年，在襁褓中便不幸雙雙夭折）。
萊特兄弟的父親是基督教協基會的主教，因此常常出門旅行。1878年，旅行歸來的父親給年幼的孩子們帶回一個新奇的手信：一個像是直升機的玩具。這個玩具根據法國航空先驅阿爾馮斯•潘瑙的發明設計而成，大約一英尺長，用紙、竹子以及軟木製成，並附有一個橡皮圈用來驅動它的螺旋槳。兩兄弟興高采烈地把玩這件新奇的玩意，把它弄壞以後還試着自己仿製了一個。萊特兄弟日後曾回憶說是這個玩具激發了他們對飛行的濃厚興趣[11]。在小學讀書期間奧維爾非常調皮搗蛋，以至於曾一度被學校開除。[12] good
學業和早期職業
萊特兄弟兩人都讀過高中，卻都沒能獲得畢業文憑。其中威爾伯本已完成了高中四年的學業，可是萊特一家在1884年倉促地從他就讀的里士滿搬回了他們在70年代的老家代頓，讓他與那張文憑失之交臂。
1885年至1886年間的一個冬日，威爾伯外出跟朋友們溜冰玩耍，卻不料樂極生悲——一根曲棍球棍意外揮到他臉上打掉了他的門牙。雖然傷勢沒有大礙，但事故的打擊卻讓他性情大變。原本活潑好動的他從此一下子變得孤僻寡言，最終竟沒有按計劃到耶魯大學繼續自己的學業——這是他人生中的一個重要的轉捩點——若他當時選擇了繼續學業，日後便極有可能不會跟奧維爾一道去追逐他們的飛行之夢了。在接下來的幾年裡，他為了照顧肺結核病晚期的母親而足不出戶，一有時間就躲進父親的藏書室孜孜不倦地閱讀。在協助父親調解基督教協基會的內部爭端時[13]，他的社交和組織能力開始初露鋒芒。但在這段日子裡，他對自己胸無大志虛度時光的現狀感到焦慮不安，並在跟別人交流時不經意地流露出來[14]。
1889年，讀到高三的奧維爾輟學開辦了一家印刷廠，而威爾伯也擺脫了困擾他多年的抑鬱加入了弟弟的公司，兄弟倆一道設計並打造了屬於自己的印刷機。在奧維爾主辦《西邊新聞周報》（West Side News）期間威爾伯擔任過該報編輯，後來又為《每日晚報》（Evening Item）工作了幾個月。奧維爾的高中同學兼好友，蜚聲國際的非洲裔美國詩人保羅•勞倫斯•鄧巴也是他們的客戶之一，他在萊特兄弟發行《代頓閒談周報》的時候還給該報做過一段時間的編輯。[15]
隨着安全型自行車的發明，一股自行車熱潮席捲了美國上下。1892年，嗅到了商機的萊特兄弟也跟風開辦了一家自行車銷售和維修店（萊特自行車交易所，後改名為萊特自行車公司），並在1896年開始生產自有品牌的自行車，以此作為資金來源來支持自己對飛行愈發濃厚的興趣[16]。
飛行試驗
萊特兄弟最早大概在1890年代前期就從新聞、雜誌或者照片上領略過德國航空先驅奧托•李林達爾和他研製的動力滑翔機的風采。而1896年對萊特兄弟來說是重要的一年，因為在這一年裡航空界發生了三件大事。該年五月，史密森尼學會的書記塞繆爾•蘭利成功試飛了一架蒸汽動力的無人飛機模型。同年夏天，芝加哥工程師、航空界權威奧克塔夫•沙努特領隊在密歇根湖湖畔的沙丘上試飛了多架不同類型的滑翔機。八月，兄弟倆崇拜的李林達爾在試飛他的滑翔機時不幸機毀人亡，為人類的飛行之夢獻出了寶貴的生命[17]。航空先驅們的事跡激勵着兄弟倆將想法付諸實踐。1899年5月，威爾伯致函史密森尼學會[18]索要了一些關於航空的資訊和出版物[19]。兩兄弟參考喬治•凱利、沙努特、李林達爾、達•芬奇和蘭利的設計繪製了草圖，並於該年開始着手進行飛行實驗。
萊特兄弟總是以二位一體的形象示人，平等地分享發明帶來的榮耀，但這種關係並非一開始便是如此。根據傳記作家的說法，威爾伯一開始曾在1899年到1900年間用「我的」機器和「我的」計劃來記錄自己的工作，在奧維爾深入參與以後行文才變成了「我們」和「我們的」了。為此作家詹姆斯•托賓（James Tobin）談到：「雖然奧維爾也很聰明能幹，可他再能幹也只是一個人。為了維持計劃的運轉一邊在俄亥俄州的一家小店倉庫里廢寢忘食地工作，另一邊還要分身出來跟資本家、總統和國王們會面顯然是不可想象的。而這一部分的事情就由威爾伯一手包辦了。他畢竟是兄弟倆裡面的老大哥[20]。」
前期研究
萊特兄弟認為困擾航空先驅們的飛行難題有三點，前兩點分別是機翼和發動機。他們認為在這兩點上前人已經有相當豐富的技術積累，目前問題不大。而他們將最後一點歸結為如何控制飛機[21]。1899年英國航空先驅帕西•皮爾策在一次懸掛式滑翔機試飛時失控墜亡的事件更是讓他們堅信，要想成功飛行，更重要的是能安全地飛行，關鍵在於要有可靠的飛行控制系統。相比之下，和他們同時代的其他先行者們——大名鼎鼎如阿德爾、馬克沁和蘭利等人——還在醉心於打造大馬力引擎。這些人常常把自己綁在控制系統還尚未經過驗證的飛機上，在沒有任何飛行經驗的情況下就草率起飛，祈求好運會將自己和飛機帶上天空。
儘管李林達爾墜機身亡，但萊特兄弟依然青睞他在進行動力飛行之前先通過滑翔機試飛來培養操縱技巧的策略。但他們在贊同李林達爾務實做法的同時也注意到了他光靠轉移操縱者體重來控制滑翔機平衡的辦法有致命的缺陷[22]。兩人決心要找到比這更好的解決方案。威爾伯通過觀察鳥類的飛行，認為鳥類是通過改變翅膀後端羽毛的角度來控制身體左右滾轉的[23]。兄弟倆覺得這種方式或許也能對航空器適用——讓飛機在轉彎的時候像鳥兒一樣向彎位的內側傾斜——而這恰恰也是自行車轉彎的方式，而經營自行車生意的兩人對這個是再熟悉不過了。自行車並不是一件穩定的交通工具，但通過足夠的訓練人們完全能掌握它，他們相信飛行也一樣如此。同時他們也寄望於這種方法能控制機身在被側向氣流干擾後恢復其平衡（側平衡）。為了讓人造機翼也能達成上述的效果兩兄弟冥思苦想卻始終不得要領。一天，威爾伯百無聊賴地在自行車店裡擺弄用來包裝自行車內胎的小紙盒。在他來回扭動紙盒的時候，突然靈光一閃——翹曲機翼的點子就此誕生[24]。
1899年7月，威爾伯製作了一架長5英尺，形似雙翼飛機的箱型風箏用來測試他們的翹曲機翼技術。它的原理是當一側的機翼翹曲和扭轉的時候，它會得到更多的升力而升高，並讓機身朝機翼較低的一側轉向。機翼的翹曲由連接着風箏的4根纜繩操控，這些纜繩被固定在操縱者手裡的兩根操縱杆上。只要將兩根操縱杆同時扭到相反的方向，風箏便會隨之左右轉向。
反觀當時其他的航空研究者，他們大多認為飛行跟平面運動相差無幾，不同之處僅僅是航空器所處的平面會升高而已。於是他們總是預先假定航空器會保持在一定的高度，然後把船舶依靠船舵轉向、汽車依靠前輪轉向的理論套用過去，通過傾斜機身來轉向的想法根本無法進入他們的法眼[25]。包括蘭利和沙努特在內的研究者們一直以來都在盲目追求飛機固有的穩定性。因為在他們看來，駕駛員根本不可能在遇到氣流干擾時還能有足夠的時間去操作機械做出及時有效的應對。而萊特兄弟則不然，他們要讓駕駛員對飛機擁有絕對的控制能力[26]。也正因如此，他們在早期的設計里沒有採取過如二面角機翼等任何有利於固有穩定性的妥協。他們還刻意把自己的第一架動力航空器設計成具有一對下垂的機翼——這樣的飛機相當不好控制，但也不那麼容易受到來自側面氣流的干擾。
選址小鷹鎮
1900年萊特兄弟來到北卡羅來納州的小鷹鎮開始他們的載人滑翔機試驗。這次選址是威爾伯根據奧克塔夫•沙努特給自己的首封回信的內容而確定的。在信中沙努特告訴他們試飛場最好要有穩定的微風和便於着陸的沙地，而他推薦的地點裡就包括了小鷹鎮所處的大西洋沿岸。威爾伯為選址事宜專門申請並仔細查閱了美國國家氣象局的相關數據，在致信當地政府氣象台的氣象學家了解情況後最終選定了小鷹鎮作為他們的試飛場。該鎮的地理環境較為偏僻，在當時的交通條件下要轉乘許多次火車和渡輪才能到達。但比起沙努特的其他建議（如加利福尼亞州、佛羅里達州等）來說小鷹鎮更靠近他們的大本營代頓市，而且這裡遠離塵囂，他們可以免受多事記者們的騷擾——這些人曾在1896年把沙努特於密歇根湖畔的試驗攪得一塌糊塗，活像是馬戲團在演出。沙努特在1901年到1903年間每個季度都會到萊特兄弟在小鷹鎮的帳篷里拜會他們，並觀看過他們的滑翔機試驗，但並未見證兩兄弟的動力飛行。
滑翔機試驗
萊特兄弟參考了許多當時的新進滑翔機來設計他們第一架全尺寸滑翔機（也包括他們在1899年的那架風箏）。其中最主要的是沙努特-海陵雙翼懸掛式滑翔機（萊特兄弟叫它「雙層甲板」）——這架滑翔機在1896年的密歇根湖試飛中表現良好。
兩兄弟將機翼的上表面設計成具有外凸的弧度。弧面機翼相對扁平的機翼能提供更多的升力的現象最早曾被喬治•凱利爵士科學地探討過，而李林達爾在他的滑翔機上亦採用了弧面機翼的設計。萊特兄弟仔細研究了李林達爾的設計——儘管他們當時沒搞清楚其中的原理，但還是決定要利用這項技術。最終他們的作品證明了弧面機翼要優於扁平機翼。他們還參考了李林達爾出版的關於升力的航空學數據。萊特兄弟在滑翔機的機翼樑柱之間用斜拉的鋼線進行補強，這是一個常見於鋼橋建築中的普臘桁架式的設計。沙努特曾在1896年的滑翔機里應用過這種結構的變體，而兩兄弟則將其學為己用。
萊特兄弟將飛機的水平升降舵安裝在機翼的前方而不是後方，利用它產生的降落傘效應來避免像李林達爾那樣因為失速而俯衝到地上被摔死[27]。因為這種布局的飛機看起來像是一隻飛行的野鴨，後來在1906年巴西航空先驅桑托斯•杜蒙在巴黎試飛同樣設計的14-bis飛機時，法國報紙把這種航空器布局戲稱為「鴨翼（canard）」，並被業界一直沿用下來[28]。由於威爾伯錯誤地以為機尾是沒有必要的[29]，他們最初研製的兩架滑翔機都沒有尾部。
根據一些為萊特兄弟寫過傳記的學者的研究，兩兄弟在1902年之前所有的滑翔機很可能都是由威爾伯一人試飛的。他或許是在行使自己的大哥權威來讓自己獨自承擔試飛的風險，以避免弟弟奧維爾在試飛中受傷[30][31]。
1900年的小試牛刀
在1900年間，萊特兄弟在小鷹鎮只進行了為期數天的滑翔機試飛活動。為了進行試飛，兩人要從鎮裡往南遠行6公里（4英里）爬上屠魔崗——一堆最高有30米（100英尺）的沙丘。在接下來的三年裡他們每年都到此處露營。
他們把試飛時間安排在了初秋，最初的幾次試飛大概是在10月3日進行的。威爾伯擔任試飛員，駕駛着滑翔機在離地面不遠的高度飛翔，而地上的人員則像放風箏一樣用纜繩牽引着滑翔機[32]。而在當時，大多數的風箏試飛都是以無人駕駛的形式進行的。人們僅僅是用沙袋、鐵鏈、甚至是從附近找個男孩來充當壓艙物。威爾伯在當天進行了十幾次自由滑翔。他們從地面用控制纜繩來對機翼的翹曲進行了操作測試，還搭建了一座小塔，把滑翔機懸掛起來進行無人駕駛狀態下的測試。
儘管滑翔機得到的升力小於預期，使得他們的大多數測試不得不在無人狀態下完成，但滑翔機的前置升降舵表現良好，整個試飛過程也沒有發生事故，這讓兩兄弟信心百倍。但在這次試飛中自由滑翔的次數太少，使他們沒能對翹曲機翼的工作情況進行徹底的檢驗。
按照萊特兄弟原本的設想，駕駛員在飛行時要平躺在下層機翼上面以降低空氣阻力。當滑翔結束時，駕駛員要抱緊機身框架，從下層機翼預留的開口處把自己懸在半空最後雙腳着地。然而幾次試飛下來他們發現駕駛員可以頭部朝前保持俯臥姿勢着陸，沒有必要像前面所說的那樣冒着不必要的危險着陸。在接下來的五年裡他們都是以這種姿態試飛他們的航空器的。
1901年的挫折和發現
1901年萊特兄弟在小鷹鎮試飛了他們的新型滑翔機。試飛被安排在了7月到8月間，一共進行了50到100次滑翔測試，飛行距離在6到22米不等（20到400英尺）。為了提高升力，他們在這架滑翔機上配置了比前作大得多的翼面，然而它卻讓兄弟倆大失所望。新型滑翔機只產生了理論數據約三分之一的升力，而翹曲機翼也不聽使喚了，總是讓機身向相反的方向偏轉（後來這個問題被稱作逆偏航）。在試飛中滑翔機發生了幾次失速，但前置升降舵的降落傘效應避免了機身的俯衝，從而讓威爾伯得以「像一張煎餅似的」水平安全着陸。這個的優點讓他們更執着於前翼布局，並一直堅持到1910年時才放棄。第二季的試飛活動在眾多挫折的陰影下黯然落幕，兄弟倆敗興而歸。在返回代頓的路上，難掩失望之情的威爾伯向奧維爾自嘲道雖然人類遲早會飛行——但他們估計是活不到那天了。
新滑翔機在升力上的糟糕表現讓萊特兄弟懷疑李林達爾的數據是否準確，同時也對廣受認可的升力方程中的空氣壓力係數提出了質疑。空氣壓力係數也叫斯密頓係數，當時已經被提出了100多年。
萊特兄弟和李林達爾一樣，都使用上述方程式來計算不同翼型和翼面大小所產生的升力。根據他們在1901年使用滑翔風箏和自由滑翔得到的數據，威爾伯認為斯密頓係數應該非常接近0.0033，而不是人們一直沿用下來的0.0054。傳統值要比萊特兄弟的估計值大上60%，要是用它來計算升力將會得到一個被誇大的結果。
回到代頓後萊特兄弟為了驗證他們的懷疑而進行了一些簡易的露天測試。他們在自行車的把手前面水平安裝了一個可以自如旋轉的輪子，在輪子的一側安裝了一副小型的李林達爾式機翼，另一側則安裝了一塊平板。如果李林達爾的數據正確，車子在前進時這個水平的輪子應該保持靜止。他們使出吃奶的力氣騎着這輛外形古怪的自行車在住所鄰近的街道上奔馳，筋疲力盡之餘發現水平的輪子總是轉向安裝了李林達爾機翼的一側，從而證實了先前的懷疑——李林達爾出版的數據是不可靠的。於是他們決定要擴大研究的範圍。
也就是這時，他們意識到逐一建造各種翼型的全尺寸滑翔機然後進行反覆試驗的成本太高，而且過於耗時。於是他們把那輛「三輪怪車」撇到一邊，又在店裡鼓搗出了一台直徑6英尺的風洞。從1901年10月到12月間，他們利用這個風洞對各種微縮版的機翼進行了系統化的測試。[33]他們安裝在風洞裡的用來固定受測模型機翼的「平衡架」看上去簡陋無比——它是用自行車輪的輻條跟破銅爛鐵打造的。但對萊特兄弟的成功來說，這個簡陋的裝置卻發揮了如同他們的滑翔機試飛一樣重要的作用[34]。這個裝置讓萊特兄弟可以方便地控制機翼產生的升力以對抗空氣阻力，從而精確地計算出每一副機翼的效能如何[35]。他們還在風洞的頂部預留了一個玻璃窗，這樣他們就可以清楚地觀察到機翼工作時的情形。
在風洞實驗開始前，沙努特邀請威爾伯前往芝加哥，在1901年9月18日的西部工程師協會上發表演講。威爾伯在發言中詳細地介紹了他和奧維爾截至1901年秋季在小鷹鎮的滑翔機試飛活動，他還用了幻燈機來展示他們的照片。這次演講是萊特兄弟第一次對外發布他們的試驗記錄。
1902年的豐碩成果
李林達爾只在少數幾種翼型上做過旋轉臂測試，而萊特兄弟在一開始曾錯誤地假設他的數據也可以套用在他們形狀完全不同的機翼上。兩兄弟建造了風洞後，在李林達爾的基礎上向前邁進一大步，為200多種不同翼弧的翼型完成了初步測試，並對其中的38種做了更詳細的測試。傳記作家霍華德如此寫道[36]：「這些測試是有史以來用如此少的材料和開銷在如此短的時間裡做過的最關鍵、成果最豐碩的航空實驗。」一輪測試下來他們還得到了一大發現——那就是較長和較窄的機翼——用航空學的術語來講就是展弦比（翼展除以翼弦的值）較大的機翼——有其優勢。比起兩兄弟目前為止試用過的較寬闊的機翼，展弦比大的機翼形狀能夠提供更好的升阻比。
有了展弦比的知識和更精確的斯密頓係數助陣，萊特兄弟重整旗鼓設計了他們新的1902年款滑翔機。運用他們在風洞實驗中得到的另一個關鍵發現，他們將新機翼的翼弧設計得更平坦。而之前他們在設計1901年款的時候照搬了李林達爾的設計，讓滑翔機翼弧明顯更大卻更沒效率。現在他們做完了一系列的風洞實驗，並對得到的結果非常自信。於是兩人拋開李林達爾的數據，完全基於自己的計算數據進行設計。
萊特兄弟生性謹慎，因此他們和前兩次一樣先把1902年款滑翔機以風箏方式進行了無人試飛。結果顯示他們的風洞試驗得到了回報——新滑翔機產生了他們預期的升力。在該年的研究中他們發現機翼的翹曲會在翼尖產生一種叫做壓差阻力的現象，這讓一側機翼在獲得更高升力的同時也會受到更大的阻力，從而拖慢這一側機翼的速度，最終讓機身朝着駕駛員意圖的相反方向偏轉，也就是逆偏航現象——這也正是他們1901年的那架無尾的滑翔機飛得不正常的原因。為了解決這個問題，他們為這架滑翔機設計了一個新的功能結構——一組垂直的固定尾翼。
機翼設計的改進讓新滑翔機能飛得更遠，同時那組固定尾舵也發揮了它的功效，有效抑制了逆偏航現象的發生。可它實在是有效過頭了，結果帶來了新的問題。當駕駛員在轉彎過程中歸正時，有時候滑翔機會不聽使喚，不但無視機翼翹曲的正確操作還會反過來讓轉彎變得更急。於是滑翔機會一直向着機翼較低的一側滑行，並且不停繞圈，直至撞到地面。萊特兄弟把這種現象叫做「鑽井現象」。
奧維爾意識到是那組固定尾舵在作怪，它在轉彎歸正時抵消了機翼翹曲的修正作用。10月2日晚上，他在日記里寫道：「我設計出了一個新型的垂直尾舵。」根據奧維爾的想法，兩兄弟把尾舵做成可以左右擺動的形式[37]，並給它裝上鉸鏈連接到駕駛員用來控制機翼翹曲的操縱杆上。這樣一來駕駛員的單一動作就可以同時操縱機翼的翹曲和尾舵的擺向了。在接下來的滑翔試驗中他們證實，當機翼翹曲時，尾舵應該朝着獲得更大升力和阻力的機翼的相反一側偏轉，這樣它就會產生一個反向的壓力，使得駕駛員可以在轉彎後或者機身受到氣流干擾時對機身進行可靠的歸正操作。同時，當滑翔機轉彎的時候，尾舵受到的壓力可以抵消翼尖受到的壓差阻力，讓機鼻指向欲轉彎的一側，進而消除了逆偏航現象。
就這樣，萊特兄弟發現了垂直可動尾舵的真正用途——不是用來改變飛行的方向，而是用來在轉彎、歸正、和受到氣流干擾時對準和矯正飛行器[38]。飛機在飛行方向上的轉向依然由機翼翹曲產生的機身側傾來控制。後來隨着航空技術的發展翹曲機翼被副翼取代，但上述原理依然適用。
採用新方法後，萊特兄弟終於在1902年10月8日完成首次真正的飛行轉向控制，這是一個重要的里程碑。在該年9月到10月間他們一共進行了700至1000次滑翔試飛，最長的一次持續了26秒，飛過了189.7米（622.5英尺）的距離。滑翔機在安裝了可控尾舵後在數百次的試飛中表現出良好的操控性，兩兄弟覺得接下來是時候建造一架有動力的航空器了。
在萊特兄弟的不懈努力下，三軸姿態控制一步步演化成型：用機翼翹曲控制側傾（左右）、用前置升降舵控制俯仰（上下）以及用尾舵控制偏航（橫移）。1903年3月23日，萊特兄弟申請了著名的「為飛行機器而設計」的專利。這項專利的內容基於他們1902年成功試飛的成果。一些航空歷史學家認為在1902年款萊特滑翔機上應用的三軸姿態控制系統有着舉足輕重的意義，相比起1903年在飛行者一號上安裝的動力系統來說毫不遜色，甚至更為關鍵。史密森尼協會的彼得•加卡巴更是主張萊特兄弟對1902年款滑翔機的完善工作在實質上代表了飛機的發明。[39][40] ￥€⒑
動力飛機試驗
飛行者一號的誕生
1903年萊特兄弟用雲杉木來建造他們配備有動力裝置的飛行者一號。雲杉木是一種高強度的輕質木材，是地中海沿岸的穆斯林們引以為傲的表面覆蓋材料，也是兩兄弟打造飛行器時的首選用料。他們在自行車店裡自主設計並雕刻出木質的螺旋槳，還專門為了飛行者一號特製了一台汽油發動機。他們原本以為設計一副螺旋槳沒啥難度，甚至打算直接把機動船的螺旋槳的數據給套用過去就好了。可沒想到他們把圖書館給翻了個底朝天也沒找到水下螺旋槳的既定公式，更別提航空螺旋槳了。兩兄弟一下傻了眼。在毫無頭緒的情況下，兩人一邊討論一邊爭吵，最終得出結論：航空螺旋槳的葉片基本上就是在垂直平面上旋轉的機翼[41]。於是他們便進行了更多風洞測試，把得到的數據用來設計螺旋槳。他們最終做出來的是二葉式螺旋槳，葉片長8英尺多一點，用三層雲杉木薄片粘合壓制而成。他們採用了兩組推進式（後朝向）的螺旋槳配置，兩組螺旋槳轉向相反以中和扭矩。與轉速相對緩慢單發單槳相比，單發雙槳的配置能與驅動更多空氣，朝後旋轉的推進式螺旋槳也不會擾亂機翼前緣的空氣流動。
威爾伯於1903年3月在他的筆記本上標註他們製作的螺旋槳原型有66%的效率。現代風洞測試顯示該螺旋槳的複製品在他們首次試飛的條件下有超過75%的效率，而實際峰值效率甚至高達82%。這是一項了不起的成就——要知道現代的木製螺旋槳的效率最高也不過85%而已[42]。
萊特兄弟致信多家發動機製造商尋求合作，但沒有一家企業能給他們提供重量足夠輕巧的發動機。於是他們找來自己店裡的機械師查理•泰勒，讓他來打造這台發動機。查理和萊特兄弟保持着密切的溝通，只花了六個星期就把這台發動機給造好了。為了減輕重量，他們為這台發動機採用了鋁鑄缸體，這在當時來說是相當罕見的。萊特•泰勒發動機是一台原始的燃油噴射發動機，它沒有配備化油器和燃油泵，燃料箱被安裝在機翼樑柱上，汽油在重力的作用下流入曲軸箱內。發動機通過鏈條傳動來驅動螺旋槳。雖然這些鏈條看上去跟自行車用的差不多，但其實它們是由一家專門生產重型汽車傳動鏈條的製造商供應的。
萊特兄弟的飛行者一號翼展12米（40.3英尺），重274公斤（605磅）[43]，配備一台8.9千瓦（12匹馬力），重82公斤（180磅）的發動機[44]。這架飛機只花了他們不到1000美金就造好了。而美國政府資助蘭利建造飛機場號的預算高達50000美金，可它卻一頭栽進了河裡[45]。
飛行者一號創造歷史
1903年冬，萊特兄弟把飛行者一號推上屠魔崗的沙丘上準備試飛。這時意想不到的事情發生了：螺旋槳軸在引擎測試時不慎損壞，為了更換損壞的部件他們不得不在小鷹鎮和代頓之間來回跑了兩趟，造成了好幾個星期的延誤。1903年12月14日兩兄弟通過擲硬幣來決定誰來試飛飛機，結果威爾伯獲勝。可是由於天候不佳，飛機只飛行了三秒便失速墜地，還造成了一些輕微損傷。（本來12月13日天氣不錯，可當天是星期天，兩兄弟就沒有在當天試飛，結果推遲到14日就出了事）在給家人發去的電報中威爾伯稱試飛「只有部分成功」，並表示「（飛機的）動力充足，只是（我們）缺乏操作它以這種方式起飛的經驗所以遇到了些小問題，要不然飛機一定會飛得很漂亮。」[46]在接下來的幾天裡萊特兄弟為受損的飛行者一號進行了檢修。
1903年12月17日是一個歷史性的時刻——在時速43公里（27英里）的刺骨寒風中飛行者一號終於成功起飛了。首飛的駕駛員是奧維爾，他飛行了12秒，航程36.5米（120英尺），時速只有每小時10.9公里（6.8英里）。這次飛行被拍成了左圖所示的那張著名的照片。在接下來的兩次試飛中，威爾伯飛行了53米（175英尺），奧維爾飛行了61米（200英尺）。他們的飛行高度約為離地3米（10英尺）[47]。奧維爾親筆記錄下了當天最後一次飛行的情況：
「在12點左右威爾伯開始了第四次也就是最後一次試飛。最初的幾百英尺飛得起起伏伏，但飛過了300英尺後飛機變得好操作了一些。在接下來400到500英尺的航程里只有少許的顛簸。可到了差不多800英尺的時候它又開始了起伏，最後在一次俯衝中撞到了地面。測量顯示的地表距離是852英尺（260米），飛行時間為59秒。支撐前舵的支架嚴重損壞，但飛機的主要部件完全沒有受損。我們估計一兩天後就可以把它修復至可以再度飛行的狀態。」[48]
1985年時弗雷德•E.C.•庫里克（Fred E. C. Culick）教授和亨利•R•傑克斯（Henry R. Jex）通過現代分析指出1903年的萊特飛行者一號實際上非常不穩定，當時除了萊特兄弟之外根本沒人有本事駕馭它。而兩兄弟的飛行員素養正是在1902年的滑翔機試飛中訓練出來的[49]。
有5個人有幸見證了此次試飛：亞當•埃瑟里奇（Adam Etheridge）、約翰•T•丹尼爾斯（就是他用奧維爾預先架設好的照相機抓拍到了那張著名的「首次飛行」照片）和威爾•道，這三人是美國政府海岸救生隊隊員。還有本地商人W•C•布林克雷（W. C. Brinkley）和住在附近的少年強尼•摩爾（Johnny Moore）。這次試飛也因此成為飛行者一號的第一次公開飛行。第四次試飛結束後人們把飛機拖回來時，一陣強風突然襲來，儘管人們用盡全力想把它按住，可是大風依然一次又一次把它吹翻。結果飛行者一號嚴重損壞，從此再也沒有起飛過。萊特兄弟將它運回家裡，幾年後奧維爾把它修好，先是借給美國的一些地方展示，然後就一直被存放在一家英國博物館裡（詳情見下文史密森尼學會爭端）。最後在1948年它被安放到華盛頓特區的史密森尼學會，一直至今。
萊特兄弟給父親發去電報報喜，並讓他「通知媒體」。然而代頓日報卻拒絕刊登這則消息，理由是這次飛行時間太短，因而不夠重要。而與兩兄弟想法相反的是，一個電報員卻在當時將消息泄露給一家弗吉尼亞州的報社，結果這家報社炮製出了一則極度失真的報道，而這則報道又被幾家其他報紙轉載，包括代頓的報紙[50]。萊特兄弟在1月份向媒體發表了事實聲明。儘管如此他們的飛行在當時沒有激起公眾的興趣，人們甚至連兩兄弟是誰都不知道。於是這則新聞很快淡出公眾視野。然而在巴黎的航空俱樂部，人們在之前已經受到過沙努特關於萊特兄弟滑翔成功的消息刺激，因此對待該消息的態度也更為認真，同時也開始加倍努力以追趕萊特兄弟。
轉戰霍夫曼草原
1904年萊特兄弟又建造了新的飛行者二號。考慮到長途旅行的巨大開銷和把物資千里迢迢運到外灘地區實在是不划算，同年他們把試飛場轉移到了霍夫曼草原——在他們大本營代頓市8英里（13公里）處的一片牧場。牧場的主人是托倫斯•霍夫曼（Torrance Huffman），聽說萊特兄弟要在這裡搞試飛，這位當地的銀行家便大方地免除了他們的場地租金。
該年5月23日他們把記者邀請到牧場觀看他們該年的首次試飛活動，但不許拍照。然而在試飛時引擎故障和風速過低讓他們無法起飛。好幾天過去了，兩兄弟只成功起飛了一次，而且距離還非常短。於是在場的記者也越來越少。一些研究萊特兄弟的學者推測萊特兄弟是故意試飛失敗，好讓記者們對他們的試驗失去興趣[51]。儘管真相無從得知，但在試飛中的糟糕表現的確讓當地的媒體在接下來長達一年半的時間裡對他們視而不見。
萊特兄弟對於能夠擺脫記者的騷擾感到非常高興。從最初讓父親「通知媒體」自己試飛成功到現在想方設法擺脫記者，他們的轉變是有理由的。在小鷹鎮成功進行了第一次動力飛行試驗後，兩人決定逐漸從自行車行業撤退，把全部精力投放到建造和推廣實用化飛機的領域[52]。這個決定對於兩兄弟的財政狀況來說頗具風險，畢竟他們既沒有腰纏萬貫也得不到政府資助的垂青。而許多那個時代的先行者，如阿德爾、馬克沁、蘭利和桑托斯等人都有政府在背後資助。以前他們經營自行車來支持飛行的研究，現在反過來要靠飛行吃飯了，這自然讓萊特兄弟不希望自己辛苦研究的成果被別人輕易盜取。他們聽取了律師亨利•奧伯雷•圖明爵士的建議，加強保密工作，不讓機器設計的細節被泄露出去。沒了記者的報道，他們的技術被競爭對手學習到的機會就減小了。兄弟倆自然也樂見其成。
跟小鷹鎮所在的大西洋西海岸相比，在霍夫曼草原所在的俄亥俄州海拔和氣溫都更高，造成新試飛場的風勢較弱，而且空氣密度也較低，使得飛機的起飛變得非常困難。在小鷹鎮他們的起飛用滑軌只要18米（60英尺）就足夠了，可在霍夫曼草原他們的起飛滑軌必須有幾百英尺長。在這一年的春夏試飛活動中他們的飛機多次發生硬着陸和失控，飛行者二號遍體鱗傷，他們自己也被摔得鼻青臉腫。8月13日，在一次飛機自力起飛的試驗中，威爾伯終於打破了他們在小鷹鎮的最好記錄，一共飛行了400多米（約1300英尺）。
為了讓起飛變得容易些，他們決定建造一台由重力驅動的投射機並在9月7日做了第一次測試。1904年9月20日，威爾伯駕駛飛機完成了一次盤旋飛行，這也是人類歷史上重於空氣的載人航空器的首次成功盤旋飛行。此次飛行持續了1分半鐘，距離1244米（4080英尺）。接下來在11月9日的試飛中威爾伯駕駛着飛機繞着牧場差不多盤旋了整整4圈，創造了持續時間超過5分鐘，飛行距離超過3英里的好成績，而奧維爾在12月1日飛出的成績也不相上下。這兩次試飛是他們在該年飛得最好的兩次。截止到該年年底萊特兄弟在潮濕的霍夫曼草原上進行了105次試飛，累計飛行時間50分鐘。這片占地0.34平方公里（85英畝）的小牧場後來成為了代頓航空遺產國家歷史公園的一部分，至今還保留着兩兄弟試飛時的原貌。而萊特•帕特森空軍基地就坐落在它的旁邊。
雖然他們在1904年取得了不小進展，但他們的飛行者二號還是會時常失去控制[53]。一年的試飛下來這架飛機一次又一次被摔得七零八落。見這架可憐的飛機已經千瘡百孔，補得不能再補了，於是萊特兄弟只好將它報廢，只留下了發動機。他們緊接着在1905年新造了飛行者三號，在設計上做出了一處重要的改良。它的尾舵控制系統從機翼翹曲控制系統中分離出來，這樣飛機的俯仰、側傾和偏航都有了獨立的控制系統。但儘管如此這架飛機一開始的表現依然比它的兩架前輩好不了多少。在1905年6月23日的首航中，它的最初幾次試飛都沒能持續超過10秒[54]。在7月14日的試飛中它一頭栽到地上，差點就要了奧維爾的命。在奧維爾的慘痛經歷後，兩兄弟重新打造了更大型前置升降舵和尾舵，並把它們與機翼之間的距離增加了幾英尺。
上述的改進大大地提高了飛機的穩定性，也讓它更好控制，為日後兩兄弟飛出更好的成績打下了基礎。在9月26日到10月5日期間，他們在環繞霍夫曼草原的航道上做了6次在當時來說距離超長的飛行。這幾次的飛行持續時間在17到38分鐘之間，單次航程在11到24英里（39公里）之間。最後一次試飛由威爾伯進行，這也是6次試飛里成績最好的一次。這次試飛的飛行持續時間長達38分鐘03秒，航程達到了39.4公里（24.5英里），飛機在燃油耗盡後安全着陸。這次飛行的見證人有他們的父親米爾頓，被邀請來的幾個朋友和鄰近的幾個農民[55]。經過了這一系列的長距離飛行，萊特兄弟相信自己終於達成了既定目標，造出了一架具有實用價值的，可以拿來出售的飛機。
註釋
腳注
- ↑ "The Wright Brothers & The Invention of the Aerial Age." Smithsonian Institution. Retrieved: September 21, 2010.
- ↑ Johnson, Mary Ann. =On the Aviation Trail in the Wright Brothers' West Side Neighborhood in Dayton, Ohio Wright State University, 2001.
- ↑ "Flying through the ages." BBC News, March 19, 1999. Retrieved: July 17, 2009.
- ↑ Padfield, Gareth D., Professor of Aerospace Engineering, and Lawrence, Ben, researcher. The Birth of Flight Control: An Engineering Analysis of the Wright Brothers 1902 Glider. (PDF). The Aeronautical Journal, Department of Engineering, The University of Liverpool, UK: 697. 2003 [2008-01-23] （英文）. 已忽略未知參數
|month=（建議使用|date=） (幫助) - ↑ Howard 1988, p. 89.
- ↑ Jakab 1997, p. 183.
- ↑ Crouch 2003, p. 169.
- ↑ Jakab 1997, p. 156.
- ↑ Crouch 2003, p. 228.
- ↑ www.americanheritage.com Wright Brothers.
- ↑ Crouch 2003, pp. 56–57.
- ↑ Wallechinsky and Wallace 2005, p. 12.
- ↑ Jakab 1997, p. 164.
- ↑ Crouch 2003, p. 130.
- ↑ "What Dreams We Have." nps.gov. Retrieved: September 21, 2010.
- ↑ 威爾伯•萊特在自行車商店工作. World Digital Library. 1897 [2013-07-22].
- ↑ Crouch 2003, Chapter 10, "The Year of the Flying Machine" and Chapter 11, "Octave Chanute".
- ↑ "Wilbur Wright May 30, 1899 Letter to Smithsonian." Smithsonian Scrapbook: Letters from the Archives. Retrieved: September 21, 2010.
- ↑ Howard 1988, p. 30.
- ↑ Tobin 2004, p. 92.
- ↑ Crouch 2003, p. 166.
- ↑ Tobin 2004, p. 53.
- ↑ Tobin 2004, p. 70.
- ↑ Tobin 2004, pp. 53–55.
- ↑ Crouch 2003, pp. 167–168.
- ↑ Crouch 2003, pp. 168–169.
- ↑ Jakab 1997, p. 73.
- ↑ "Les premières expériences de l'aéroplane de M. Santos-Dumont au champ d'entraînement de bagatelle." (in French) aeroclub.com, July 28, 1906. Retrieved: July 14, 2010.
- ↑ Wright, Wilbur. "Some Aeronautical Experiments." Western Society of Engineers, September 18, 1901. Retrieved: July 14, 2010.
- ↑ Howard 1988, p. 52.
- ↑ Crouch 2003, p. 198.
- ↑ Crouch 2003, pp. 188–189.
- ↑ Dodson, M.G. "An Historical and Applied Aerodynamic Study of the Wright Brothers' Wind Tunnel Test Program and Application to Successful Manned Flight." US Naval Academy, Technical Report, Volume USNA-334, 2005. Retrieved: September 21, 2010.
- ↑ Crouch 2003, p. 225.
- ↑ "Lift and Drift." Wright Brothers Aeroplane Company. Retrieved: September 21, 2010.
- ↑ Howard 1988, p. 72.
- ↑ Anderson 2004, p. 134.
- ↑ Culick, Fred E.C. "What the Wright Brothers Did and Did Not Understand About Flight Mechanics—In Modern Terms." Pasadena, California: American Institute of Aeronautics and Astronautics: California Institute of Technology, Paper AIAA-2001-3385, 37th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference and Exhibit, July 8–11, 2001. Retrieved: July 27, 2009.
- ↑ Langewiesche 1972, p. 163.
- ↑ Jakab 1997, pp. 183–184.
- ↑ Crouch 2003, pp. 242–243.
- ↑ Ash, Robert L. Colin P. Britcher and Kenneth W. Hyde. "100 Years of Flight: supplement, Prop-Wrights." Mechanical Engineering, December 2003.
- ↑ "Wright Broters Aeroplane Co. of Dayton, Ohio." Wright Brothers Aeroplane Company. Retrieved: September 21, 2010.
- ↑ Tobin 2004, p. 159.
- ↑ Tobin 2004, p. 192.
- ↑ Kelly 2002, pp. 112–113.
- ↑ Gray, Carroll F. "The First Five Flights, The Slope and Winds of Big Kill Devil Hill – The First Flight Reconsidered, 1903 – Who Made the First Flight?" TheWrightBrothers.org, 2003. Retrieved: September 21, 2010.
- ↑ Kelly 1943, pp. 101–102.
- ↑ Abzug, Malcolm J. and E. Eugene Larrabee."Airplane Stability and Control, Second Edition: A History of the Technologies That Made Aviation Possible." cambridge.org. Retrieved: September 21, 2010.
- ↑ Crouch 1989, pp. 271–272.
- ↑ Howard 1988, pp. 154–155.
- ↑ Crouch 2003, pp. 273–274.
- ↑ Crouch 2003, p. 286.
- ↑ Winchester 2005, p. 311.
- ↑ 代頓城市圖書館保存着一份檔案，記錄着在1905年9月下旬到10上旬期間這幾次試飛的持續飛行時間、飛行距離和見證人名單。. 代頓城市圖書館. [2007年5月23日].
參考書目
- Anderson, John D. Inventing Flight: The Wright Brothers and Their Predecessors. Baltimore, Maryland: Johns Hopkins University Press, 2004. ISBN 0-8018-6875-0.
- Ash, Russell. The Wright Brothers. London: Wayland, 1974. ISBN 978-0853403425.
- Combs, Harry, with Martin Caidin. Kill Devil Hill: Discovering the Secret of the Wright Brothers. Denver, CO: Ternstyle Press Ltd, 1979. ISBN 0-94005-301-2.
- Crouch, Tom D. The Bishop's Boys: A Life of Wilbur and Orville Wright. New York: W. W. Norton & Company, 2003. ISBN 0-39330-695-X.
- Howard, Fred, Wilbur And Orville: A Biography of the Wright Brothers. New York: Ballantine Books, 1988. ISBN 0-34535-393-5.
- Jakab, Peter L. Visions of a Flying Machine: The Wright Brothers and the Process of Invention (Smithsonian History of Aviation and Spaceflight Series). Washington, DC: Smithsonian, 1997. ISBN 1-56098-748-0.
- Kelly, Fred C., ed. Miracle At Kitty Hawk, The Letters of Wilbur & Orville Wright. New York: Da Capo Press, 2002. ISBN 0-306-81203-7.
- Kelly, Fred C. The Wright Brothers: A Biography Authorized by Orville Wright. Mineola, NY: Dover Publications, originally published in 1943, 1989. ISBN 0-48626-056-9.
- Langewiesche, Woflgang. Stick and Rudder: An Explanation of the Art of Flying. New York: McGraw-Hill, Copyright 1944 and 1972. ISBN 0-07-036240-8.
- McFarland, Marvin W., ed. The Papers of Wilbur and Orville Wright: Including the Chanute-Wright Letters and the Papers of Octave Chanute. New York: McGraw-Hill, 2001, originally published in 1953. ISBN 0-30680-671-1.
- Tobin, James. To Conquer The Air: The Wright Brothers and the Great Race for Flight. New York: Simon & Schuster, 2004. ISBN 0-74325-536-4.
- Wallechinsky, David and Amy Wallace. The New Book of Lists. Edinburgh: Canongate, 2005. ISBN 1-84195-719-4.
- Wright, Orville. How We Invented the Airplane. Mineola, NY: Dover Publications, 1988. ISBN 0-48625-662-6.
- Walsh, John E. One Day at Kitty Hawk: The Untold Story of the Wright Brothers. New York: Ty Crowell Co, 1975. ISBN 0-69000103-7.
- Winchester, Jim, ed. "Wright Flyer." Biplanes, Triplanes and Seaplanes (The Aviation Factfile). Rochester, Kent, UK: Grange Books plc, 2004. ISBN 1-84013-641-3.
- Yenne, Bill, Lockheed. Greenwich, CT: Bison Books, 1987. ISBN 0-69000-103-7.