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Wilbur Wright
威尔伯·莱特



圖片來源中國數字科學館
出生 1867年4月16日
美國印第安那州
逝世 1912年5月30日(1912-05-30)（45歲）
美國俄亥俄州
母校 美國耶鲁大学
职业 飞机发明者
配偶 终身未婚未育

奥维尔·莱特（Orville Wright），1867年4月16日—1912年5月30日，生于美国印第安那州及俄亥俄州，美国航空先驱，和威尔伯·莱特（Wilbur Wright）為兄弟。

1903年12月17日莱特兄弟驾驶自行研制的固定翼飞机飞行者一号实现了人类史上首次重于空气的航空器持续而且受控的动力飞行[1][2][3]，被广泛誉为现代飞机的发明者。莱特兄弟虽然不是进行航空器飞行试验的第一人，但他们首创了让固定翼飞机能受控飞行的飞行控制系统，从而为飞机的实用化奠定了基础[4]，此项技术至今仍被应用在所有的固定翼航空器身上[5][6]。

早年莱特兄弟经营他们的店铺时常年与印刷机、自行车、汽车和其他机械打交道，这为他们的机械技术打下了坚实的基础，也影响了他们在应对飞行难题时的解决思路[7]。他们利用自制的小型风洞进行了大量实验，收集了比前人更精确的数据，从而设计出了更高效的机翼和螺旋桨[8][9]。他们还与人合作设计并制造了他们的首台飞机引擎。从1900年开始到1903年他们进行首次动力飞行之前，两兄弟用滑翔机进行了大量试验和训练，使他们成为了优秀的飞行员，而他们俩也培养出了大量优秀的早期飞行员。莱特兄弟对人类的航空事业做出了重大贡献，而与此同时他们的引发的专利纠纷又曾在一定程度上钳制过航空制造业的发展。但不管如何，他们都是人类航空史上举足轻重的人物，为人类的飞行之梦留下了浓墨重彩的一笔。

童年

威尔伯·莱特于1867年出生在印地安那州米尔维尔镇 (印地安那州)（：Millville, Indiana）附近；奥维尔則于1871年出生在俄亥俄州的代顿市。父亲米尔顿·莱特（Milton Wright，1828－1917年）是英裔美国人和荷兰人的后代。母亲苏珊·凯瑟琳·科纳（Susan Catherine Koerner，1831－1889年）则是德国人和瑞士人的后代[10]。

莱特兄弟是七兄妹中的两位，他们的兄弟姐妹有瑞赫琳（Reuchlin，1861－1920年）、洛林（Lorin，1862－1939年）、凯瑟琳（Katharine，1874－1929年）、以及双胞胎欧提斯（Otis）和艾达（Ida。两人生於1870年，在襁褓中便不幸双双夭折）。

莱特兄弟的父亲是基督教协基会（：Church of the United Brethren in Christ）的主教，因此常常出门旅行。1878年，旅行归来的父亲给年幼的孩子们带回一个新奇的手信：一个像是直升机的玩具。这个玩具根據法國航空先驅阿尔冯斯·潘瑙（：Alphonse Pénaud）的發明设计而成，大約一英尺長，用紙、竹子以及軟木制成，並附有一個橡皮圈用來驅動它的螺旋桨。两兄弟兴高采烈地把玩这件新奇的玩意，把它弄坏以后还试着自己仿制了一个。萊特兄弟日后曾回忆说是這個玩具激发了他們對飛行的浓厚興趣[11]。在小学读书期间奥维尔非常调皮捣蛋，以至于曾一度被学校开除。[12] good

学业和早期职业

莱特兄弟两人都读过高中，却都没能获得毕业文凭。其中威尔伯本已完成了高中四年的学业，可是莱特一家在1884年仓促地从他就读的里士满搬回了他们在70年代的老家代顿，让他与那张文凭失之交臂。

1885年至1886年间的一个冬日，威尔伯外出跟朋友们溜冰玩耍，却不料乐极生悲——一根曲棍球棍意外挥到他脸上打掉了他的门牙。虽然伤势没有大碍，但事故的打击却让他性情大变。原本活泼好动的他从此一下子变得孤僻寡言，最终竟没有按计划到耶鲁大学继续自己的学业——这是他人生中的一个重要的转捩点——若他当时选择了继续学业，日后便极有可能不会跟奥维尔一道去追逐他们的飞行之梦了。在接下来的几年里，他为了照顾肺结核病晚期的母亲而足不出户，一有时间就躲进父亲的藏书室孜孜不倦地阅读。在协助父亲调解基督教协基会的内部争端时[13]，他的社交和组织能力开始初露锋芒。但在这段日子里，他对自己胸无大志虚度时光的现状感到焦虑不安，并在跟别人交流时不经意地流露出来[14]。

1889年，读到高三的奥维尔辍学开办了一家印刷厂，而威尔伯也摆脱了困扰他多年的抑郁加入了弟弟的公司，兄弟俩一道设计并打造了属于自己的印刷机。在奥维尔主办《西边新闻周报》（West Side News）期间威尔伯担任过该报编辑，后来又为《每日晚报》（Evening Item）工作了几个月。奥维尔的高中同学兼好友，蜚声国际的非洲裔美国诗人保罗·劳伦斯·邓巴（：Paul Laurence Dunbar）也是他们的客户之一，他在莱特兄弟发行《代顿闲谈周报》的时候还给该报做过一段时间的编辑。[15]

随着安全型自行车的发明，一股自行车热潮（：Bike boom）席卷了美国上下。1892年，嗅到了商机的莱特兄弟也跟风开办了一家自行车销售和维修店（莱特自行车交易所，后改名为莱特自行车公司（：Wright Cycle Company）），并在1896年开始生产自有品牌的自行车，以此作为资金来源来支持自己对飞行愈发浓厚的兴趣[16]。

飞行试验

莱特兄弟最早大概在1890年代前期就从新闻、杂志或者照片上领略过德国航空先驱奥托·李林达尔和他研制的动力滑翔机的风采。而1896年对莱特兄弟来说是重要的一年，因为在这一年里航空界发生了三件大事。该年五月，史密森尼学会的书记塞缪尔·兰利成功试飞了一架蒸汽动力的无人飞机模型。同年夏天，芝加哥工程师、航空界权威奥克塔夫·沙努特（：Octave Chanute）领队在密歇根湖湖畔的沙丘上试飞了多架不同类型的滑翔机。八月，兄弟俩崇拜的李林达尔在试飞他的滑翔机时不幸机毁人亡，为人类的飞行之梦献出了宝贵的生命[17]。航空先驱们的事迹激励着兄弟俩将想法付诸实践。1899年5月，威尔伯致函史密森尼学会[18]索要了一些关于航空的资讯和出版物[19]。两兄弟参考乔治·凯利、沙努特、李林达尔、达·芬奇和兰利的设计绘制了草图，并于该年开始着手进行飞行实验。

莱特兄弟总是以二位一体的形象示人，平等地分享发明带来的荣耀，但这种关系并非一开始便是如此。根据传记作家的说法，威尔伯一开始曾在1899年到1900年间用“我的”机器和“我的”计划来记录自己的工作，在奥维尔深入参与以后行文才变成了“我们”和“我们的”了。为此作家詹姆斯·托宾（James Tobin）谈到：“虽然奥维尔也很聪明能干，可他再能干也只是一个人。为了维持计划的运转一边在俄亥俄州的一家小店仓库里废寝忘食地工作，另一边还要分身出来跟资本家、总统和国王们会面显然是不可想象的。而这一部分的事情就由威尔伯一手包办了。他毕竟是兄弟俩里面的老大哥[20]。”

前期研究

莱特兄弟认为困扰航空先驱们的飞行难题有三点，前两点分别是机翼和发动机。他们认为在这两点上前人已经有相当丰富的技术积累，目前问题不大。而他们将最后一点归结为如何控制飞机[21]。1899年英国航空先驱帕西·皮尔策在一次悬挂式滑翔机试飞时失控坠亡的事件更是让他们坚信，要想成功飞行，更重要的是能安全地飞行，关键在于要有可靠的飞行控制系统。相比之下，和他们同时代的其他先行者们——大名鼎鼎如阿德尔、马克沁和兰利等人——还在醉心于打造大马力引擎。这些人常常把自己绑在控制系统还尚未经过验证的飞机上，在没有任何飞行经验的情况下就草率起飞，祈求好运会将自己和飞机带上天空。

尽管李林达尔坠机身亡，但莱特兄弟依然青睐他在进行动力飞行之前先通过滑翔机试飞来培养操纵技巧的策略。但他们在赞同李林达尔务实做法的同时也注意到了他光靠转移操纵者体重来控制滑翔机平衡的办法有致命的缺陷[22]。两人决心要找到比这更好的解决方案。威尔伯通过观察鸟类的飞行，认为鸟类是通过改变翅膀后端羽毛的角度来控制身体左右滚转的[23]。兄弟俩觉得这种方式或许也能对航空器适用——让飞机在转弯的时候像鸟儿一样向弯位的内侧倾斜——而这恰恰也是自行车转弯的方式，而经营自行车生意的两人对这个是再熟悉不过了。自行车并不是一件稳定的交通工具，但通过足够的训练人们完全能掌握它，他们相信飞行也一样如此。同时他们也寄望于这种方法能控制机身在被侧向气流干扰后恢复其平衡（侧平衡）。为了让人造机翼也能达成上述的效果两兄弟冥思苦想却始终不得要领。一天，威尔伯百无聊赖地在自行车店里摆弄用来包装自行车内胎的小纸盒。在他来回扭动纸盒的时候，突然灵光一闪——翘曲机翼的点子就此诞生[24]。

1899年7月，威尔伯制作了一架长5英尺，形似双翼飞机的箱型风筝用来测试他们的翘曲机翼技术。它的原理是当一侧的机翼翘曲和扭转的时候，它会得到更多的升力而升高，并让机身朝机翼较低的一侧转向。机翼的翘曲由连接着风筝的4根缆绳操控，这些缆绳被固定在操纵者手里的两根操纵杆上。只要将两根操纵杆同时扭到相反的方向，风筝便会随之左右转向。

反观当时其他的航空研究者，他们大多认为飞行跟平面运动相差无几，不同之处仅仅是航空器所处的平面会升高而已。于是他们总是预先假定航空器会保持在一定的高度，然后把船舶依靠船舵转向、汽车依靠前轮转向的理论套用过去，通过倾斜机身来转向的想法根本无法进入他们的法眼[25]。包括兰利和沙努特在内的研究者们一直以来都在盲目追求飞机固有的稳定性。因为在他们看来，驾驶员根本不可能在遇到气流干扰时还能有足够的时间去操作机械做出及时有效的应对。而莱特兄弟则不然，他们要让驾驶员对飞机拥有绝对的控制能力[26]。也正因如此，他们在早期的设计里没有采取过如二面角机翼等任何有利于固有稳定性的妥协。他们还刻意把自己的第一架动力航空器设计成具有一对下垂的机翼——这样的飞机相当不好控制，但也不那么容易受到来自侧面气流的干扰。

选址小鹰镇

1900年莱特兄弟来到北卡罗来纳州的小鹰镇开始他们的载人滑翔机试验。这次选址是威尔伯根据奥克塔夫·沙努特给自己的首封回信的内容而确定的。在信中沙努特告诉他们试飞场最好要有稳定的微风和便于着陆的沙地，而他推荐的地点里就包括了小鹰镇所处的大西洋沿岸。威尔伯为选址事宜专门申请并仔细查阅了美国国家气象局的相关数据，在致信当地政府气象台的气象学家了解情况后最终选定了小鹰镇作为他们的试飞场。该镇的地理环境较为偏僻，在当时的交通条件下要转乘许多次火车和渡轮才能到达。但比起沙努特的其他建议（如加利福尼亚州、佛罗里达州等）来说小鹰镇更靠近他们的大本营代顿市，而且这里远离尘嚣，他们可以免受多事记者们的骚扰——这些人曾在1896年把沙努特于密歇根湖畔的试验搅得一塌糊涂，活像是马戏团在演出。沙努特在1901年到1903年间每个季度都会到莱特兄弟在小鹰镇的帐篷里拜会他们，并观看过他们的滑翔机试验，但并未见证两兄弟的动力飞行。

滑翔机试验

莱特兄弟参考了许多当时的新进滑翔机来设计他们第一架全尺寸滑翔机（也包括他们在1899年的那架风筝）。其中最主要的是沙努特-海陵双翼悬挂式滑翔机（莱特兄弟叫它“双层甲板”）——这架滑翔机在1896年的密歇根湖试飞中表现良好。

两兄弟将机翼的上表面设计成具有外凸的弧度。弧面机翼相对扁平的机翼能提供更多的升力的现象最早曾被乔治·凯利爵士科学地探讨过，而李林达尔在他的滑翔机上亦采用了弧面机翼的设计。莱特兄弟仔细研究了李林达尔的设计——尽管他们当时没搞清楚其中的原理，但还是决定要利用这项技术。最终他们的作品证明了弧面机翼要优于扁平机翼。他们还参考了李林达尔出版的关于升力的航空学数据。莱特兄弟在滑翔机的机翼梁柱之间用斜拉的钢线进行补强，这是一个常见于钢桥建筑中的普腊桁架式的设计。沙努特曾在1896年的滑翔机里应用过这种结构的变体，而两兄弟则将其学为己用。

莱特兄弟将飞机的水平升降舵安装在机翼的前方而不是后方，利用它产生的降落伞效应来避免像李林达尔那样因为失速而俯冲到地上被摔死[27]。因为这种布局的飞机看起来像是一只飞行的野鸭，后来在1906年巴西航空先驱桑托斯·杜蒙在巴黎试飞同样设计的14-bis飞机时，法国报纸把这种航空器布局戏称为“鸭翼（canard）”，并被业界一直沿用下来[28]。由于威尔伯错误地以为机尾是没有必要的[29]，他们最初研制的两架滑翔机都没有尾部。

根据一些为莱特兄弟写过传记的学者的研究，两兄弟在1902年之前所有的滑翔机很可能都是由威尔伯一人试飞的。他或许是在行使自己的大哥权威来让自己独自承担试飞的风险，以避免弟弟奥维尔在试飞中受伤[30][31]。

1900年的小试牛刀

在1900年间，莱特兄弟在小鹰镇只进行了为期数天的滑翔机试飞活动。为了进行试飞，两人要从镇里往南远行6公里（4英里）爬上屠魔岗——一堆最高有30米（100英尺）的沙丘。在接下来的三年里他们每年都到此处露营。

他们把试飞时间安排在了初秋，最初的几次试飞大概是在10月3日进行的。威尔伯担任试飞员，驾驶着滑翔机在离地面不远的高度飞翔，而地上的人员则像放风筝一样用缆绳牵引着滑翔机[32]。而在当时，大多数的风筝试飞都是以无人驾驶的形式进行的。人们仅仅是用沙袋、铁链、甚至是从附近找个男孩来充当压舱物。威尔伯在当天进行了十几次自由滑翔。他们从地面用控制缆绳来对机翼的翘曲进行了操作测试，还搭建了一座小塔，把滑翔机悬挂起来进行无人驾驶状态下的测试。

尽管滑翔机得到的升力小于预期，使得他们的大多数测试不得不在无人状态下完成，但滑翔机的前置升降舵表现良好，整个试飞过程也没有发生事故，这让两兄弟信心百倍。但在这次试飞中自由滑翔的次数太少，使他们没能对翘曲机翼的工作情况进行彻底的检验。

按照莱特兄弟原本的设想，驾驶员在飞行时要平躺在下层机翼上面以降低空气阻力。当滑翔结束时，驾驶员要抱紧机身框架，从下层机翼预留的开口处把自己悬在半空最后双脚着地。然而几次试飞下来他们发现驾驶员可以头部朝前保持俯卧姿势着陆，没有必要像前面所说的那样冒着不必要的危险着陆。在接下来的五年里他们都是以这种姿态试飞他们的航空器的。

1901年的挫折和发现

1901年莱特兄弟在小鹰镇试飞了他们的新型滑翔机。试飞被安排在了7月到8月间，一共进行了50到100次滑翔测试，飞行距离在6到22米不等（20到400英尺）。为了提高升力，他们在这架滑翔机上配置了比前作大得多的翼面，然而它却让兄弟俩大失所望。新型滑翔机只产生了理论数据约三分之一的升力，而翘曲机翼也不听使唤了，总是让机身向相反的方向偏转（后来这个问题被称作逆偏航）。在试飞中滑翔机发生了几次失速，但前置升降舵的降落伞效应避免了机身的俯冲，从而让威尔伯得以“像一张煎饼似的”水平安全着陆。这个的优点让他们更执着于前翼布局，并一直坚持到1910年时才放弃。第二季的试飞活动在众多挫折的阴影下黯然落幕，兄弟俩败兴而归。在返回代顿的路上，难掩失望之情的威尔伯向奥维尔自嘲道虽然人类迟早会飞行——但他们估计是活不到那天了。

新滑翔机在升力上的糟糕表现让莱特兄弟怀疑李林达尔的数据是否准确，同时也对广受认可的升力方程中的空气压力系数提出了质疑。空气压力系数也叫斯密顿系数，当时已经被提出了100多年。

莱特兄弟和李林达尔一样，都使用上述方程式来计算不同翼型和翼面大小所产生的升力。根据他们在1901年使用滑翔风筝和自由滑翔得到的数据，威尔伯认为斯密顿系数应该非常接近0.0033，而不是人们一直沿用下来的0.0054。传统值要比莱特兄弟的估计值大上60%，要是用它来计算升力将会得到一个被夸大的结果。

回到代顿后莱特兄弟为了验证他们的怀疑而进行了一些简易的露天测试。他们在自行车的把手前面水平安装了一个可以自如旋转的轮子，在轮子的一侧安装了一副小型的李林达尔式机翼，另一侧则安装了一块平板。如果李林达尔的数据正确，车子在前进时这个水平的轮子应该保持静止。他们使出吃奶的力气骑着这辆外形古怪的自行车在住所邻近的街道上奔驰，筋疲力尽之余发现水平的轮子总是转向安装了李林达尔机翼的一侧，从而证实了先前的怀疑——李林达尔出版的数据是不可靠的。于是他们决定要扩大研究的范围。

也就是这时，他们意识到逐一建造各种翼型的全尺寸滑翔机然后进行反复试验的成本太高，而且过于耗时。于是他们把那辆“三轮怪车”撇到一边，又在店里鼓捣出了一台直径6英尺的风洞。从1901年10月到12月间，他们利用这个风洞对各种微缩版的机翼进行了系统化的测试。[33]他们安装在风洞里的用来固定受测模型机翼的“平衡架”看上去简陋无比——它是用自行车轮的辐条跟破铜烂铁打造的。但对莱特兄弟的成功来说，这个简陋的装置却发挥了如同他们的滑翔机试飞一样重要的作用[34]。这个装置让莱特兄弟可以方便地控制机翼产生的升力以对抗空气阻力，从而精确地计算出每一副机翼的效能如何[35]。他们还在风洞的顶部预留了一个玻璃窗，这样他们就可以清楚地观察到机翼工作时的情形。

在风洞实验开始前，沙努特邀请威尔伯前往芝加哥，在1901年9月18日的西部工程师协会上发表演讲。威尔伯在发言中详细地介绍了他和奥维尔截至1901年秋季在小鹰镇的滑翔机试飞活动，他还用了幻灯机来展示他们的照片。这次演讲是莱特兄弟第一次对外发布他们的试验记录。

1902年的丰硕成果

李林达尔只在少数几种翼型上做过旋转臂测试，而莱特兄弟在一开始曾错误地假设他的数据也可以套用在他们形状完全不同的机翼上。两兄弟建造了风洞后，在李林达尔的基础上向前迈进一大步，为200多种不同翼弧的翼型完成了初步测试，并对其中的38种做了更详细的测试。传记作家霍华德如此写道[36]：“这些测试是有史以来用如此少的材料和开销在如此短的时间里做过的最关键、成果最丰硕的航空实验。”一轮测试下来他们还得到了一大发现——那就是较长和较窄的机翼——用航空学的术语来讲就是展弦比（翼展除以翼弦的值）较大的机翼——有其优势。比起两兄弟目前为止试用过的较宽阔的机翼，展弦比大的机翼形状能够提供更好的升阻比。

有了展弦比的知识和更精确的斯密顿系数助阵，莱特兄弟重整旗鼓设计了他们新的1902年款滑翔机。运用他们在风洞实验中得到的另一个关键发现，他们将新机翼的翼弧设计得更平坦。而之前他们在设计1901年款的时候照搬了李林达尔的设计，让滑翔机翼弧明显更大却更没效率。现在他们做完了一系列的风洞实验，并对得到的结果非常自信。于是两人抛开李林达尔的数据，完全基于自己的计算数据进行设计。

莱特兄弟生性谨慎，因此他们和前两次一样先把1902年款滑翔机以风筝方式进行了无人试飞。结果显示他们的风洞试验得到了回报——新滑翔机产生了他们预期的升力。在该年的研究中他们发现机翼的翘曲会在翼尖产生一种叫做压差阻力的现象，这让一侧机翼在获得更高升力的同时也会受到更大的阻力，从而拖慢这一侧机翼的速度，最终让机身朝着驾驶员意图的相反方向偏转，也就是逆偏航现象——这也正是他们1901年的那架无尾的滑翔机飞得不正常的原因。为了解决这个问题，他们为这架滑翔机设计了一个新的功能结构——一组垂直的固定尾翼。

机翼设计的改进让新滑翔机能飞得更远，同时那组固定尾舵也发挥了它的功效，有效抑制了逆偏航现象的发生。可它实在是有效过头了，结果带来了新的问题。当驾驶员在转弯过程中归正时，有时候滑翔机会不听使唤，不但无视机翼翘曲的正确操作还会反过来让转弯变得更急。于是滑翔机会一直向着机翼较低的一侧滑行，并且不停绕圈，直至撞到地面。莱特兄弟把这种现象叫做“钻井现象”。

奥维尔意识到是那组固定尾舵在作怪，它在转弯归正时抵消了机翼翘曲的修正作用。10月2日晚上，他在日记里写道：“我设计出了一个新型的垂直尾舵。”根据奥维尔的想法，两兄弟把尾舵做成可以左右摆动的形式[37]，并给它装上铰链连接到驾驶员用来控制机翼翘曲的操纵杆上。这样一来驾驶员的单一动作就可以同时操纵机翼的翘曲和尾舵的摆向了。在接下来的滑翔试验中他们证实，当机翼翘曲时，尾舵应该朝着获得更大升力和阻力的机翼的相反一侧偏转，这样它就会产生一个反向的压力，使得驾驶员可以在转弯后或者机身受到气流干扰时对机身进行可靠的归正操作。同时，当滑翔机转弯的时候，尾舵受到的压力可以抵消翼尖受到的压差阻力，让机鼻指向欲转弯的一侧，进而消除了逆偏航现象。

就这样，莱特兄弟发现了垂直可动尾舵的真正用途——不是用来改变飞行的方向，而是用来在转弯、归正、和受到气流干扰时对准和矫正飞行器[38]。飞机在飞行方向上的转向依然由机翼翘曲产生的机身侧倾来控制。后来随着航空技术的发展翘曲机翼被副翼取代，但上述原理依然适用。

采用新方法后，莱特兄弟终于在1902年10月8日完成首次真正的飞行转向控制，这是一个重要的里程碑。在该年9月到10月间他们一共进行了700至1000次滑翔试飞，最长的一次持续了26秒，飞过了189.7米（622.5英尺）的距离。滑翔机在安装了可控尾舵后在数百次的试飞中表现出良好的操控性，两兄弟觉得接下来是时候建造一架有动力的航空器了。

在莱特兄弟的不懈努力下，三轴姿态控制一步步演化成型：用机翼翘曲控制侧倾（左右）、用前置升降舵控制俯仰（上下）以及用尾舵控制偏航（横移）。1903年3月23日，莱特兄弟申请了著名的“为飞行机器而设计”的专利。这项专利的内容基于他们1902年成功试飞的成果。一些航空历史学家认为在1902年款莱特滑翔机上应用的三轴姿态控制系统有着举足轻重的意义，相比起1903年在飞行者一号上安装的动力系统来说毫不逊色，甚至更为关键。史密森尼协会的彼得·加卡巴更是主张莱特兄弟对1902年款滑翔机的完善工作在实质上代表了飞机的发明。[39][40] ￥€⒑

动力飞机试验

飞行者一号的诞生

1903年莱特兄弟用云杉木来建造他们配备有动力装置的飞行者一号。云杉木是一种高强度的轻质木材，是地中海沿岸的穆斯林们引以为傲的表面覆盖材料，也是两兄弟打造飞行器时的首选用料。他们在自行车店里自主设计并雕刻出木质的螺旋桨，还专门为了飞行者一号特制了一台汽油发动机。他们原本以为设计一副螺旋桨没啥难度，甚至打算直接把机动船的螺旋桨的数据给套用过去就好了。可没想到他们把图书馆给翻了个底朝天也没找到水下螺旋桨的既定公式，更别提航空螺旋桨了。两兄弟一下傻了眼。在毫无头绪的情况下，两人一边讨论一边争吵，最终得出结论：航空螺旋桨的叶片基本上就是在垂直平面上旋转的机翼[41]。于是他们便进行了更多风洞测试，把得到的数据用来设计螺旋桨。他们最终做出来的是二叶式螺旋桨，叶片长8英尺多一点，用三层云杉木薄片粘合压制而成。他们采用了两组推进式（后朝向）的螺旋桨配置，两组螺旋桨转向相反以中和扭矩。与转速相对缓慢单发单桨相比，单发双桨的配置能与驱动更多空气，朝后旋转的推进式螺旋桨也不会扰乱机翼前缘的空气流动。

威尔伯于1903年3月在他的笔记本上标注他们制作的螺旋桨原型有66%的效率。现代风洞测试显示该螺旋桨的复制品在他们首次试飞的条件下有超过75%的效率，而实际峰值效率甚至高达82%。这是一项了不起的成就——要知道现代的木制螺旋桨的效率最高也不过85%而已[42]。

File:Wright brothers engine 17.jpg
这是一台莱特兄弟发动机，序列号17，大约在1910年制造。目前被展示在康涅狄格州温色洛克市的新英格兰航空博物馆内。

莱特兄弟致信多家发动机制造商寻求合作，但没有一家企业能给他们提供重量足够轻巧的发动机。于是他们找来自己店里的机械师查理·泰勒，让他来打造这台发动机。查理和莱特兄弟保持着密切的沟通，只花了六个星期就把这台发动机给造好了。为了减轻重量，他们为这台发动机采用了铝铸缸体，这在当时来说是相当罕见的。莱特·泰勒发动机是一台原始的燃油喷射发动机，它没有配备化油器和燃油泵，燃料箱被安装在机翼梁柱上，汽油在重力的作用下流入曲轴箱内。发动机通过链条传动来驱动螺旋桨。虽然这些链条看上去跟自行车用的差不多，但其实它们是由一家专门生产重型汽车传动链条的制造商供应的。

莱特兄弟的飞行者一号翼展12米（40.3英尺），重274公斤（605磅）[43]，配备一台8.9千瓦（12匹马力），重82公斤（180磅）的发动机[44]。这架飞机只花了他们不到1000美金就造好了。而美国政府资助兰利建造飞机场号的预算高达50000美金，可它却一头栽进了河里[45]。

飞行者一号创造历史

1903年冬，莱特兄弟把飞行者一号推上屠魔岗的沙丘上准备试飞。这时意想不到的事情发生了：螺旋桨轴在引擎测试时不慎损坏，为了更换损坏的部件他们不得不在小鹰镇和代顿之间来回跑了两趟，造成了好几个星期的延误。1903年12月14日两兄弟通过掷硬币来决定谁来试飞飞机，结果威尔伯获胜。可是由于天候不佳，飞机只飞行了三秒便失速坠地，还造成了一些轻微损伤。（本来12月13日天气不错，可当天是星期天，两兄弟就没有在当天试飞，结果推迟到14日就出了事）在给家人发去的电报中威尔伯称试飞“只有部分成功”，并表示“（飞机的）动力充足，只是（我们）缺乏操作它以这种方式起飞的经验所以遇到了些小问题，要不然飞机一定会飞得很漂亮。”[46]在接下来的几天里莱特兄弟为受损的飞行者一号进行了检修。

1903年12月17日是一个历史性的时刻——在时速43公里（27英里）的刺骨寒风中飞行者一号终于成功起飞了。首飞的驾驶员是奥维尔，他飞行了12秒，航程36.5米（120英尺），时速只有每小时10.9公里（6.8英里）。这次飞行被拍成了左图所示的那张著名的照片。在接下来的两次试飞中，威尔伯飞行了53米（175英尺），奥维尔飞行了61米（200英尺）。他们的飞行高度约为离地3米（10英尺）[47]。奥维尔亲笔记录下了当天最后一次飞行的情况：

“在12点左右威尔伯开始了第四次也就是最后一次试飞。最初的几百英尺飞得起起伏伏，但飞过了300英尺后飞机变得好操作了一些。在接下来400到500英尺的航程里只有少许的颠簸。可到了差不多800英尺的时候它又开始了起伏，最后在一次俯冲中撞到了地面。测量显示的地表距离是852英尺（260米），飞行时间为59秒。支撑前舵的支架严重损坏，但飞机的主要部件完全没有受损。我们估计一两天后就可以把它修复至可以再度飞行的状态。”[48]

1985年时弗雷德·E.C.·库里克（Fred E. C. Culick）教授和亨利·R·杰克斯（Henry R. Jex）通过现代分析指出1903年的莱特飞行者一号实际上非常不稳定，当时除了莱特兄弟之外根本没人有本事驾驭它。而两兄弟的飞行员素养正是在1902年的滑翔机试飞中训练出来的[49]。

有5个人有幸见证了此次试飞：亚当·埃瑟里奇（Adam Etheridge）、约翰·T·丹尼尔斯（就是他用奥维尔预先架设好的照相机抓拍到了那张著名的“首次飞行”照片）和威尔·道，这三人是美国政府海岸救生队队员。还有本地商人W·C·布林克雷（W. C. Brinkley）和住在附近的少年强尼·摩尔（Johnny Moore）。这次试飞也因此成为飞行者一号的第一次公开飞行。第四次试飞结束后人们把飞机拖回来时，一阵强风突然袭来，尽管人们用尽全力想把它按住，可是大风依然一次又一次把它吹翻。结果飞行者一号严重损坏，从此再也没有起飞过。莱特兄弟将它运回家里，几年后奥维尔把它修好，先是借给美国的一些地方展示，然后就一直被存放在一家英国博物馆里（详情见下文史密森尼学会争端）。最后在1948年它被安放到华盛顿特区的史密森尼学会，一直至今。

莱特兄弟给父亲发去电报报喜，并让他“通知媒体”。然而代顿日报却拒绝刊登这则消息，理由是这次飞行时间太短，因而不够重要。而与两兄弟想法相反的是，一个电报员却在当时将消息泄露给一家弗吉尼亚州的报社，结果这家报社炮制出了一则极度失真的报道，而这则报道又被几家其他报纸转载，包括代顿的报纸[50]。莱特兄弟在1月份向媒体发表了事实声明。尽管如此他们的飞行在当时没有激起公众的兴趣，人们甚至连两兄弟是谁都不知道。于是这则新闻很快淡出公众视野。然而在巴黎的航空俱乐部，人们在之前已经受到过沙努特关于莱特兄弟滑翔成功的消息刺激，因此对待该消息的态度也更为认真，同时也开始加倍努力以追赶莱特兄弟。

转战霍夫曼草原

1904年莱特兄弟又建造了新的飞行者二号。考虑到长途旅行的巨大开销和把物资千里迢迢运到外滩地区实在是不划算，同年他们把试飞场转移到了霍夫曼草原——在他们大本营代顿市8英里（13公里）处的一片牧场。牧场的主人是托伦斯·霍夫曼（Torrance Huffman），听说莱特兄弟要在这里搞试飞，这位当地的银行家便大方地免除了他们的场地租金。

该年5月23日他们把记者邀请到牧场观看他们该年的首次试飞活动，但不许拍照。然而在试飞时引擎故障和风速过低让他们无法起飞。好几天过去了，两兄弟只成功起飞了一次，而且距离还非常短。于是在场的记者也越来越少。一些研究莱特兄弟的学者推测莱特兄弟是故意试飞失败，好让记者们对他们的试验失去兴趣[51]。尽管真相无从得知，但在试飞中的糟糕表现的确让当地的媒体在接下来长达一年半的时间里对他们视而不见。

莱特兄弟对于能够摆脱记者的骚扰感到非常高兴。从最初让父亲“通知媒体”自己试飞成功到现在想方设法摆脱记者，他们的转变是有理由的。在小鹰镇成功进行了第一次动力飞行试验后，两人决定逐渐从自行车行业撤退，把全部精力投放到建造和推广实用化飞机的领域[52]。这个决定对于两兄弟的财政状况来说颇具风险，毕竟他们既没有腰缠万贯也得不到政府资助的垂青。而许多那个时代的先行者，如阿德尔、马克沁、兰利和桑托斯等人都有政府在背后资助。以前他们经营自行车来支持飞行的研究，现在反过来要靠飞行吃饭了，这自然让莱特兄弟不希望自己辛苦研究的成果被别人轻易盗取。他们听取了律师亨利·奥伯雷·图明爵士的建议，加强保密工作，不让机器设计的细节被泄露出去。没了记者的报道，他们的技术被竞争对手学习到的机会就减小了。兄弟俩自然也乐见其成。

跟小鹰镇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气温都更高，造成新试飞场的风势较弱，而且空气密度也较低，使得飞机的起飞变得非常困难。在小鹰镇他们的起飞用滑轨只要18米（60英尺）就足够了，可在霍夫曼草原他们的起飞滑轨必须有几百英尺长。在这一年的春夏试飞活动中他们的飞机多次发生硬着陆和失控，飞行者二号遍体鳞伤，他们自己也被摔得鼻青脸肿。8月13日，在一次飞机自力起飞的试验中，威尔伯终于打破了他们在小鹰镇的最好记录，一共飞行了400多米（约1300英尺）。

为了让起飞变得容易些，他们决定建造一台由重力驱动的投射机并在9月7日做了第一次测试。1904年9月20日，威尔伯驾驶飞机完成了一次盘旋飞行，这也是人类历史上重于空气的载人航空器的首次成功盘旋飞行。此次飞行持续了1分半钟，距离1244米（4080英尺）。接下来在11月9日的试飞中威尔伯驾驶着飞机绕着牧场差不多盘旋了整整4圈，创造了持续时间超过5分钟，飞行距离超过3英里的好成绩，而奥维尔在12月1日飞出的成绩也不相上下。这两次试飞是他们在该年飞得最好的两次。截止到该年年底莱特兄弟在潮湿的霍夫曼草原上进行了105次试飞，累计飞行时间50分钟。这片占地0.34平方公里（85英亩）的小牧场后来成为了代顿航空遗产国家历史公园（：Dayton Aviation Heritage National Historical Park）的一部分，至今还保留着两兄弟试飞时的原貌。而莱特·帕特森空军基地就坐落在它的旁边。

虽然他们在1904年取得了不小进展，但他们的飞行者二号还是会时常失去控制[53]。一年的试飞下来这架飞机一次又一次被摔得七零八落。见这架可怜的飞机已经千疮百孔，补得不能再补了，于是莱特兄弟只好将它报废，只留下了发动机。他们紧接着在1905年新造了飞行者三号，在设计上做出了一处重要的改良。它的尾舵控制系统从机翼翘曲控制系统中分离出来，这样飞机的俯仰、侧倾和偏航都有了独立的控制系统。但尽管如此这架飞机一开始的表现依然比它的两架前辈好不了多少。在1905年6月23日的首航中，它的最初几次试飞都没能持续超过10秒[54]。在7月14日的试飞中它一头栽到地上，差点就要了奥维尔的命。在奥维尔的惨痛经历后，两兄弟重新打造了更大型前置升降舵和尾舵，并把它们与机翼之间的距离增加了几英尺。

上述的改进大大地提高了飞机的稳定性，也让它更好控制，为日后两兄弟飞出更好的成绩打下了基础。在9月26日到10月5日期间，他们在环绕霍夫曼草原的航道上做了6次在当时来说距离超长的飞行。这几次的飞行持续时间在17到38分钟之间，单次航程在11到24英里（39公里）之间。最后一次试飞由威尔伯进行，这也是6次试飞里成绩最好的一次。这次试飞的飞行持续时间长达38分钟03秒，航程达到了39.4公里（24.5英里），飞机在燃油耗尽后安全着陆。这次飞行的见证人有他们的父亲米尔顿，被邀请来的几个朋友和邻近的几个农民[55]。经过了这一系列的长距离飞行，莱特兄弟相信自己终于达成了既定目标，造出了一架具有实用价值的，可以拿来出售的飞机。

File:Wright Flyer III above.jpg
奥维尔驾驶飞行者三号在1905年10月4日飞越霍夫曼草原。飞行编号46，持续时间33分17秒，飞行距离20.75英里。这也是在该年试飞活动中拍摄的最后一张照片。

相關影片

Biography of the Wright Brothers for Children: Orville and Wilbur Wright for Kids - FreeSchool
Orville Wright, Wilbur Wright, Original Footage!!! First Flight Mlitary Airplane 1909
AMAZING WORLD OF AVIATION
The story of the Wright Brothers

参考文献

腳注

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參考書目

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