未來競速飛機研究


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對飛機結構發展趨勢的研究使得預測未來飛機的領先特性,特別是專為競速目的而製造的那種型別的飛機,在某種程度上成為可能。以下是對這些方向的嘗試性研究。筆者無意扮演預言家的角色,隨附的圖紙和描述主要基於對設計師、建造者和飛行員在本年度取得的驚人發展成就的調查。這一發展的基調在於,直航飛機的速度在過去一年中已從每小時 50 英里提高到 75 英里,並且航空界的“藍絲帶”(如果我們借用一個航海詞彙)已從雙翼機傳到了單翼機,目前,就速度、輕便性和穩定性而言,單翼機遙遙領先,獨樹一幟。

因此,未來的賽車將是單翼機;在縮小到這種型別的過程中,人類只是在追隨自然這位偉大的建造者的腳步。自然透過數百萬年的進化過程,創造出了完美的飛行機器——信天翁這種奇妙的鳥類。因此,未來的高速飛行器將擁有與最迅捷的鳥類相同的逐漸變細的圓形身體和狹窄而寬大的翅膀。蘭利在他的經典研究中表明,機翼的前緣部分效率最高,這是因為它不斷地移動到新鮮的未受干擾的空氣中。他表明,由於機翼的後部必須對已經從前部獲得向下速度的空氣起作用,因此這種空氣無法提供絕對惰性空氣所能產生的有效反作用力。因此,如果將寬度為 5 英尺、長度為 10 英尺的機翼縱向分割,並將相同的面積以寬度為 2-1/2 英尺、長度為 20 英尺的機翼呈現,則效率會更高。賽車的機翼將又長又窄;當它們用金屬而不是目前的木材和織物製造時,就有可能賦予它們那些掃掠式的圓形形狀,這可以防止渦流的產生,並且從結構的角度來看,也能在一定程度上增加強度。機身橫截面通常呈圓形或橢圓形;為了便於空氣流通,實現長而漸進的錐形,機身將具有相當大的長度。更大的長度還將大大提高飛行中的縱向穩定性。

目前的木材-帆布-鋼絲結構將不得不淘汰。這充其量只是權宜之計,之所以被採用,是因為在早期的實驗階段,它提供了一種廉價且輕便的材料組合,並且萬一發生實驗工作中不可避免的破損,可以廉價且快速地修復。取而代之的將是目前可用的許多非凡的鋼合金中的一種——這些金屬具有與其重量成比例的巨大強度和韌性。結合使用這些材料以及熟練工程師的精心設計,將有可能生產出強度更高、重量不比現有機器重、並且阻力小得多的飛機。

飛機在飛行時遇到的主要阻力是升力阻力和迎頭阻力。升力阻力相當恆定;因為隨著速度的增加,迎角減小,並且兩者之間始終存在調整,以便始終提供足夠的垂直反作用力來提升 500 至 1,000 磅的重量,視情況而定。然而,迎頭阻力大約與速度的平方成正比增加;如果在每小時 40 英里的速度下為 100 磅,那麼在每小時 80 英里的速度下將上升到 400 磅。因此,在賽車中,將迎頭表面積減小到與結構要求一致的最小限度非常重要。

正是對迎頭阻力的這種考慮註定了雙翼機作為純粹的競速型別。當奧克塔夫·沙努特建造第一架雙翼滑翔機時,其輕巧但非常堅固的普拉特桁架採用垂直木製支柱和對角線鋼絲拉桿,他製造了一件出色的工程結構,事實證明,它非常適合現在即將結束的早期實驗階段;但對於高速結果而言,由於迎頭表面積較大,普拉特桁架註定要最終消亡。毫無疑問,單翼機所達到的更高速度很大程度上歸因於其桁架更簡單,並且迎頭表面積,特別是鋼絲拉桿的迎頭表面積相對小得多。

現在談談一團繃緊的鋼絲所產生的阻力。蘭利教授在他的旋轉臺實驗中表明,鋼絲的阻力遠大於其投影面積應有的阻力。隨著速度的增加,阻力會迅速上升,直到達到某個臨界點,在該臨界點,鋼絲會發出一種奇特的音調,阻力會突然且非常大地跳躍。這可以用以下事實來解釋:鋼絲在氣流衝擊下的振動速率非常大,以至於實際上呈現出一個固體表面,其寬度等於振動幅度。因此,一根繃緊的鋼絲對空氣產生的阻力似乎與其實際表面積完全不成比例。

由此可見,如果我們要實現為未來賽車預測的高速度,即使是布萊里奧和安託瓦內特型別的簡單主銷桁架也必須淘汰。現在,只有當用某種高階金屬板代替機翼表面的帆布,並透過封閉在機翼表面內並牢固鉚接到機器主體結構上的鋼板構件來確保必要的橫向彎曲強度時,這才有可能實現。

我們圖紙中顯示的機翼形式將提供足夠堅固的金屬結構。機翼應在靠近機身時顯著加寬;因為這將提供上下表面之間越來越大的空間,並允許通道的深度與彎曲應力成比例地增加。這些通道。將延伸到主體中並鉚接到橫向隔板上,橫向隔板應進行切割,使隔板的金屬在一定程度上延伸到機翼中。我們相信,透過精心的設計、最高等級鋼材的選擇以及一流的工藝,將有可能提供強度充足的機翼,而不會超過飛機要求施加的重量限制。透過在機翼表面金屬上軋製淺波紋(如圖紙所示)來防止縱向屈曲。飛機的主體也將由薄金屬板製成,橫截面通常呈橢圓形;兩個非常輕的桁架,一個水平,另一個垂直,從操作員延伸到靠近尾部。這些桁架的弦杆將由輕型 T 型鋼製成。

為了承受集中在機翼和電機上的過載和應力,桁架的 T 型鋼將增加深度並完全圍繞機身前部延伸,在其在機頭處的交匯處形成堅固的結構以支撐電機。橫向隔板將提供額外的強度。當然,可以理解的是,所有這些金屬構件都將採用特別軋製的極輕型截面,並且材料將是某種合金,例如釩鋼,正如我們在社論頁上指出的那樣,釩鋼在實驗樣品中顯示的彈性極限高達每平方英寸 200,000 磅以上。電機功率將為 75 至 150 馬力,具體取決於飛機的大小,可能採用旋轉式;事實證明,格諾姆電機是理想的飛機驅動裝置。

再次向自然尋求指導,我們發現快速飛行的鳥類在飛行時會將腿緊緊地摺疊在身下。賽車也必須這樣做。我們展示了一種建議的摺疊式底盤佈置,鉸接在機身下方,並配有一個軛架,該軛架從車軸向上延伸到活塞桿的十字頭上,活塞桿及其導軌和氣缸由構成垂直桁架底部構件的 T 型鋼支撐。氣缸配有雙向閥門和連線裝置,壓縮空氣可以透過這些裝置引入氣缸的前端或後端。當底盤放下並執行時,壓縮空氣充當緩衝墊,為車輪提供一定的縱向運動量。一旦機器升空,閥門的拋擲就會將壓縮空氣引入氣缸的前端,底盤就會緊貼機身向上拉起。一個小型的壓縮空氣罐為摺疊機構供氣,同時也為一個橫向放置在汽車上的類似結構的小型氣缸供氣,該氣缸操縱可移動的翼尖。該氣缸的雙向閥門由一個小型的陀螺儀控制,當飛行員想要轉彎或執行其他特技動作時,陀螺儀可以脫離齧合。

為了回答對這種通用設計的機器可能期望的速度的問題,我們認為人們會認同,考慮到其優美的外形、完全沒有鋼絲、支柱和其他耗能表面,以及由於鋼表面的光滑性,皮膚摩擦將降至最低——保守估計,這種機器在經過實驗工作開發後,速度將達到每小時 100 至 125 英里。

如果納特·赫雷紹夫先生將他應用於鋼製賽艇的建造天才應用於鋼製飛機,看看他能取得什麼成就,這將是一件有趣的事情。

戰爭中的飛行器:飛機和飛艇的可能性
萊特兄弟剛證明人類駕駛可控的機動機器飛行是可能的,這種新裝置對戰爭藝術的重要意義就變得顯而易見了。在那之前,海軍和軍事力量的調動,以及偵察以確定敵人的實力和動向,完全是在地球表面進行的。無論是單個偵察兵的行動,還是十萬大軍的行動,到目前為止都僅限於長度和寬度這兩個維度。現在又增加了一個維度,而作戰領域的這種巨大擴充套件被認為以難以想象的程度複雜化了本已困難的戰爭藝術。

比戰場上的軍隊衝突更重要的是那些初步的調查和行動,透過這些調查和行動,交戰部隊的將領努力查明敵人的數量和部署。準確瞭解敵軍的陣地和動向,以及他所處國家的特點,常常使將軍能夠將其部隊部署在相對於敵人的有利位置,從而在未發一槍一彈之前就贏得了戰鬥。迄今為止,成功的戰略在很大程度上取決於擁有該國準確的地圖、個體偵察兵的積極性和情報,或者依靠相對較小規模的部隊進行的武裝偵察,這些部隊被派往前線以引誘敵人的火力並獲得一些關於其陣地和實力的知識。近年來,無煙火藥和高速、遠端步槍的出現使得目前的偵察方法極其困難和危險,特別是當敵方將軍採取一切預防措施來保持秘密和隱身時,而秘密和隱身是成功戰略的精髓。

然而,飛機和飛艇的出現使得保密成為不可能。空中偵察兵必然會對未來戰役的進行產生巨大影響,使本已困難的戰爭藝術變得令人費解,只有軍事人員才能充分體會到這一點。

無論未來會怎樣,可以肯定的是,目前,飛艇和飛機,特別是後者,其用途領域幾乎完全侷限於偵察工作。

對於此類工作,輕巧、小型且快速的飛機將被證明是極其寶貴的。未來的軍事偵察兵可能是一架單翼機,能夠搭載兩個人,一名操作員和一名觀察員,並且它將配備一臺或多臺發動機,使其能夠以最高時速 75 英里甚至更高的速度飛行,這種高速度對於儘可能快速地將其運送到特定的觀察領域是必要的。當它到達目的地後,如此高的速度將不再理想。機器必須減速,並且必須悠閒地在要勘測的國家上空飛行。為此,機器將配備縮帆表面,這些表面在快速飛行期間摺疊或收起,現在將被展開以提供慢速飛行所需的大支撐表面。觀察員將配備相機、素描板、望遠鏡和三角測量儀器。當他進行素描、筆記等時,飛機將以緩慢的速度在離地面數千英尺的高度進行大範圍盤旋,憑藉其巨大的海拔高度和位置的不斷變化,即使面對大型野戰炮的榴霰彈,它實際上也是安全的。無線電報的可行系統很可能被開發出來,其特性適合在飛機偵察兵和總司令部之間傳輸距離達 50 至 75 英里的訊息。如果是這樣,機器將搭載第三個人,他將不斷傳輸可能收集到的關於敵人的資訊。

飛機偵察兵對野外行動的巨大影響對於最普通的初學者來說也是顯而易見的。如果庫羅帕特金將軍擁有六架這樣的機器,那麼日軍在奉天周圍部署長達一百多英里的巨大戰線的任務將變得極其複雜,即使不是不可能。當然,乃木將軍率領 5 萬名旅順老兵向西翼的大規模側翼運動,能夠完全繞過俄軍右翼並突入其後方,這將已被發現並可能被挫敗。謝里丹的著名騎行將透過空中進行,二十分鐘的時間足以將他送到期望的地點。從薩姆森海軍上將的旗艦“紐約號”的前甲板上發射一架單翼機,一小時之內就會發現塞爾維拉的船隻在聖地亞哥港;而施萊-薩姆森的爭議將永遠不會在我們的海軍史上留下其醜陋的汙點。

飛機偵察兵將在海軍和軍事戰略中產生多大的改變,這是無法預測的;但可以肯定的是,未來的交戰指揮官將有點像兩位棋手,他們都非常清楚對方的下一步棋是什麼。

除了偵察任務之外,我們傾向於認為飛機的用途領域將相當有限。由於其載重量小,以及如果想躲避敵方火力就必須在高海拔地區執行,因此,透過向城市、堡壘、敵方營地或野戰部隊投擲高爆炸藥所造成的破壞量,更不用說海上的戰艦了,將非常有限,以至於對戰役的結果不會產生實質性影響。從幾百英尺的空中向航空展上的假想戰艦投擲橙子是一回事,而從數千英尺的高度向在公海上快速移動的軍艦投擲高爆炸藥則是完全不同的另一回事。可以肯定的是,幾架飛機可以攜帶的非常有限數量的高爆炸藥投向城市或防禦工事所產生的影響,在道義上可能會達到某種程度,但在物質影響方面卻微乎其微。軍事人員已經意識到,僅僅轟炸城市,無論是透過攻城炮還是攻擊艦隊的火炮,雖然可能會讓敵人感到惱火併造成一些損失,但很少,甚至永遠不會被證明是決定戰役結果的嚴重因素。

如果不是被證實,那麼對亞瑟港的俄羅斯艦隊進行轟炸的結果也表明了飛機高爆彈襲擊造成的損害是多麼的小,日本陸軍投入使用的 11 英寸攻城炮就是例證。這些火炮的射擊由一名日本觀察員指揮,該觀察員位於從俄羅斯人手中奪取的高山上;炮彈每個重達四分之一噸,裝有高爆炸藥,無情、準確且幾乎垂直地傾瀉在俄羅斯軍艦上。眾所周知,整個俄羅斯艦隊都被擊沉了,人們推測是日本炮彈造成的。當這些船隻在亞瑟港投降後被打撈上來時,令所有人驚訝的是,這些船隻實際上是俄羅斯人自己擊沉的,而落下的炮彈造成的損壞卻小得驚人。那麼,如果從兩英里高空落下的 500 磅炮彈造成的損害如此之小,那麼由於載重量小,飛機不得不限制使用的微型彈丸所造成的破壞將是多麼的微不足道。

然而,飛機非常適合進行某些其他進攻性行動;例如,突襲敵方國家,目的是攻擊其交通線、切斷電報線、炸燬橋樑,以及突然襲擊給養倉庫,目的是縱火或以其他方式摧毀軍用物資。此類襲擊的迅速、靜默和出其不意性質必然會使敵人感到非常惱火,而且有時可能會給予嚴重影響重要軍事行動結果的打擊。對於副官來說,快速飛機將是運送派遣到戰場各地的理想交通工具。此外,在一場大戰中,當需要總司令或其他高階軍官突然出現在戰場的某些偏遠地點時,危機可能會頻繁發生。在綿延戰線上展開的衝突的關鍵階段,在總部配備兩三架快速飛機可能會被證明具有不可估量的優勢。

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