威尔伯·莱特:解决飞行控制难题的人
1903年12月17日上午,在基蒂霍克(Kitty Hawk)进行了四次飞行。奥维尔进行了第一次飞行,航程120英尺,耗时12秒。威尔伯进行了第四次也是最长的一次飞行:航程852英尺,耗时59秒。但决定性的工作是在两年前代顿的一间棚屋里完成的,当时兄弟俩建造了一个风洞,并发现了一个整个航空界信奉了一个多世纪的系数是错误的。
一根曲棍球棒,以及随后的岁月
威尔伯·莱特于1867年4月16日出生在印第安纳州米尔维尔,是基督联合弟兄会(Church of the United Brethren in Christ)主教米尔顿·莱特(Milton Wright)和苏珊·凯瑟琳·科尔纳·莱特(Susan Catherine Koerner Wright)的儿子。教会事务使全家多次搬迁,直到1884年他们最终定居在俄亥俄州代顿。
随后发生的一场小事故改变了一切。1885年底或1886年初,他在一场冰上游戏中被一根曲棍球棒击中面部,导致门牙脱落。身体的伤痊愈了,但其他方面却没有。他变得退缩,放弃了进入耶鲁大学的计划,在家中度过了多年,照顾身患绝症的母亲,并读完了父亲书库里的书。他公开对自己的缺乏抱负感到担忧。事后看来,这段时期看起来与其说是挫折,不如说是一次非结构化的研究生教育。
兄弟俩在1889年左右开始从事印刷业,创办了周报《西区新闻》(West Side News),威尔伯担任编辑;1892年12月,他们开设了莱特自行车公司。自行车业务为飞机研制提供了资金。1899年5月,威尔伯致信史密森尼学会(Smithsonian Institution),索取关于飞行的一切资料。他的传记作者詹姆斯·托宾(James Tobin)明确指出了这种合作关系的不对称性:很难想象奥维尔,尽管他很聪明,能够提供启动他们工作的推动力。
没人能解决的问题
每一位严肃的竞争对手都在追求动力,假设只要发动机足够大就能解决飞行问题。威尔伯认为尚未解决的问题是控制,如果一架飞机无法操纵,那它就不是飞机。他从鸟类身上找到了答案,注意到它们通过改变翅膀末端的角度来左右倾斜身体——后来,在自行车店里随意扭动一个长形的内胎包装盒时,他看出了如何实现这一点。机翼翘曲(wing-warping)意味着通过控制线向相反方向扭动翼尖,而不是像早期的实验者那样依靠飞行员的身体重量。
史密森尼学会的评估认为,这种整体的视角正是他们与众不同的地方:竞争对手在攻击孤立的问题时,莱特兄弟明白控制、升力和推进力必须作为一个系统共同解决。
风洞
1900年和1901年的滑翔机的升力低于预期,兄弟俩没有调整机器,而是审计了数学计算。在1901年10月至12月间,他们对多达200种模型翼型进行了初步测试,使用名为天平的专用仪器测量升力和阻力。他们是第一批使用风洞生成直接用于飞机设计数据的人。
结果是异端的。奥托·利林塔尔(Otto Lilienthal)发表的系数是该领域的标准,却是错误的。斯米顿系数(Smeaton's coefficient)也被接受了100多年,数值为0.005;莱特兄弟计算出为0.0033,现代空气动力学家已证实该数值非常准确。在三个月内,两名没有科学训练的自行车修理工重建了航空学的经验基础。
最后一步是在1902年完成的。奥维尔设计了一个新的垂直尾舵;威尔伯领悟了它的真正用途。它不是像船舵那样用于转向,而是用于协调转弯——在倾斜时保持飞机对齐。机翼翘曲、升降舵和可移动尾舵共同实现了真正的三轴控制,此后的每一架飞机都使用了这种控制方式。
基蒂霍克与霍夫曼草原的飞行
1903年的“飞行者号”(Flyer)成本约为1,000美元,由云杉和细棉布制成,携带一台12马力的四缸发动机,由他们的店员查理·泰勒(Charlie Taylor)在六周内制造,驱动两个推进式螺旋桨。威尔伯有意设计了飞行员控制系统而不是固有的稳定性;弗雷德·E·C·库利克(Fred E. C. Culick)在1985年的分析中得出结论,该机器极其不稳定,几乎除了训练过1902年滑翔机的莱特兄弟外,无人能够驾驭。
真正的证明是在代顿附近的霍夫曼草原(Huffman Prairie)出现的。1904年9月20日,威尔伯驾驶载人、动力、比空气重的机器完成了历史上第一个完整的圆周飞行。到1905年秋天,“飞行者III号”(Flyer III)正在进行超过24英里的持续飞行。
1908年,勒芒
欧洲人不相信这一切。法国媒体将情况总结为“飞行者还是骗子?”威尔伯乘船前往,并从1908年8月8日起在勒芒进行了飞行演示。他轻松的倾斜转弯震惊了围观者,其中包括路易·布莱里奥(Louis Blériot)。撤回言论是迅速且毫无保留的:《航空杂志》(L'Aérophile)的乔治·贝桑松(Georges Besançon)写道,这些飞行完全消除了所有疑虑;曾公开嘲笑兄弟俩是骗子的欧内斯特·阿奇迪肯(Ernest Archdeacon)承认,他们在法国已受到神圣礼遇。
专利战
1906年5月22日,兄弟俩获得了美国第821,393号专利,用于他们的控制系统,威尔伯余生都在捍卫它。当格伦·柯蒂斯(Glenn Curtiss)制造出基于相同原理的副翼时,威尔伯写信告诉他,第14项权利要求专门涵盖了他正在使用的组合。从1910年起,他不断奔波咨询律师并出庭作证,投入到他认为的正义事业中,同时担任莱特公司的总裁。
代价是沉重的,很大程度上是自找的。诉讼使兄弟俩看起来很贪婪,并冻结了发展:到1911年,莱特飞机被认为不如欧洲机器;当美国在1917年参战时,它没有自己设计且合格的飞机。
为什么威尔伯被称为天才
这个案例是具体的,也是智力的。首先,当几乎所有其他人都搞错时,他正确地识别了关键制约因素——问题是控制,而不是动力。其次,更罕见的是,他愿意怀疑权威数据并去重新测量。放弃利林塔尔的数据需要信心;推翻被质疑了一个世纪的斯米顿系数需要更接近勇气的品质,而且他在小数点后三位上都是正确的。第三,他有概念性的广度去理解组件的用途:奥维尔建造了垂直尾舵,但威尔伯将其识别为协调转弯缺失的元素,这正是将三个独立的小装置转化为一个至今仍被广泛使用的控制系统的关键一步。史密森尼学会的评价是,莱特兄弟的研究技巧、天生技能和个性特征以独特的方式结合在一起,解释了为什么他们在如此多人失败的地方取得了成功。
两个诚实的推论。这是一次合伙,将威尔伯视为唯一作者的神话是对这种合伙关系的破坏——奥维尔设计了尾舵,查理·泰勒制造了发动机,奥维尔在基蒂霍克首飞。而且威尔伯在车间之外的判断力很差。他最后的岁月是在诉讼中度过的,而不是作为一名工程师,在一场损害他声誉、使美国航空停滞不前,并使国家在需要时没有竞争力飞机的专利运动中。解决了飞行问题的头脑后来耗尽在保护文书工作中。
遗产
他说他没有时间同时拥有妻子和飞机,两兄弟都没有结婚。威尔伯于1912年5月30日去世,享年45岁,死于因诉讼所需的无尽旅行而感染的伤寒;奥维尔和他们的妹妹凯瑟琳(Katharine)认为柯蒂斯对他过早去世负有部分责任。他没有活着看到专利纠纷的解决。他留下的不是机器,而是一种方法——系统化的测试、定制仪器和拒绝盲目相信已发表的数据——以及今天每一架飞行中的飞机仍在遵循的三轴控制系统。


