在上一期《大国战鹰》中，我给大家讲述了双翼机到单翼机演变的故事，但讲述主要是以战争催生这一演变的角度展开的。
而就这个话题，我其实还想再用一期的篇幅，从航空技术的角度来再给大家说一说，因为这其中也有很多有意思的故事。下面就进入正题~
01.双翼=落后？为何曾备受追捧
说起双翼机，可能很多人的第一感觉可能都是老旧，落后，甚至不屑…如果把一架双翼机和单翼机都摆在你面前，你可能也会选那架单翼机~
▲从外形上看
双翼机确实比单翼机“显老”
但你知道么，在1930年代之前，多数人反倒都觉得单翼机不如双翼机，因为双翼机不仅升力更大，机动性更强，也更结实，安全。
而之所以会这么认为，首先是因为当时的飞机，尤其是机翼都是用木质材料制造的，而木质结构的强度又限制着机翼的尺寸和面积，进而影响了升力。因为机翼的面积和升力是成正比的，也就是机翼面积越大，升力就越大。
所以要获得足够的升力，或者要进一步提升升力，就得靠再增加一层，或者说是将一块较大的面积机翼分成两层甚至多层来布置的方式。
▲机翼“分层”的概念，最早是由英国工程师喬治·凱萊(George Cayley)在1843年提出的。莱特兄弟在研制“飞行者一号”时，也受到了这一概念的启发
而在分层之后， 机翼整体也变得更结实了，因为上下翼之间除了机身外，两端也有支柱和张线来加强，相互形成支撑。而单翼机却只有一端和机身连接，还得靠一个支撑杆像吊桥一样用张线拉住机翼，这样确实显得比双翼单薄，也让人缺乏安全感。
▲这种需要靠撑杆和张线加强的单翼
一直到1930年代的战斗机还存在
另外，有了双层或多层机翼后，翼载荷（飞机质量和机翼面积的比值）也更低了，这样不仅爬升速度更快，机动性也更强。但需要说明的一点是，在不同的高度和速度下，翼载荷并非越低越好，对于速度较快的飞机，反而需要较大的翼载荷。
而当时人们之所以认为低翼载荷是优势，也是因为一战时的战斗机侧重的都是空战中的机动性，而非速度，这就是为什么会有三翼战斗机出现的原因。
▲这幅油画中表现的法国斯帕德X.III（上）和德国的福克D.VII（下）都被誉为一战中成功的战斗机，也代表着一战中参战战斗机的最高水平
所以我们可以看到，双翼机虽然根本上是为了保证升力和整体的结构强度，但更多的还是受到了当时“机动性第一”的空战思想的影响。
也正是在这一思想的影响下，即便一战后期金属材料已经开始应用，并且已经能够保证单翼的结构强度，但也没能立即撼动双翼机的地位，而金属材料开始所起的作用，也不过是让双翼机变得更结实。
不过就另一方面来说，早期的金属材料也存在结构较重，铝质蒙皮较脆的问题。所以双翼机到单翼机，实际也经过了一段从“半金属”到全金属的过渡发展时期。
▲1918年6月投产的容克斯D.I战斗机就是一种从结构到蒙皮都是金属的战斗机，但它整体较重，且铝质蒙皮脆弱的问题却饱受诟病
而所谓的“半金属”，则是指像机身、机翼、垂尾、活动面等组成部分，可能有些是金属结构 铝质蒙皮，有些则是木质结构 织物蒙皮，还包括很多不同的“混搭”方式，但没有统一的标准。
▲一战后期首款投入生产的全金属战斗机道尼尔D.I，它机翼的部分蒙皮仍是织物的
但不管是“半金属”还是全金属，只要是双翼，就无法回避两个缺点：阻力和重量。
首先，阻力同样和机翼面积和升力的增加成正比，但阻力的来源除了机翼外，还包括上下翼之间的那些张线和支撑结构。它们还会占用额外的发动机的功率，影响性能的提升。
其次，双翼机虽然升力更大，但也并不会让升力翻倍，上下翼之间的气流还会互相干扰，导致升阻比（升力与阻力之比）不升反降。也就是说，别看重量付出了不少，却没换来多少升力。
▲双翼机在提升了升力的同时
也带来了更大的阻力
并消耗着推力
而对于这些缺点，当时追捧双翼机的人也并不是没意识到，只是他们认为，空战拼的就是机动性，单翼机虽然没了这些缺点，但机动性也不行了啊~而在当时，持这一观点人也占大多数。
但是，一部分有远见的人也已开始意识到，随着金属材料的应用和发动机功率的进一步提升，双翼的阻力问题已经对飞机的性能，尤其是速度的提升构成了瓶颈，而在空战中，速度比将机动性更重要。
当然，还有一部分人，对于未来究竟该发展单翼还是双翼而犹豫不决~
▲单翼还是双翼
看这张图应该就能感受到答案~
于是，坚持认为双翼机比单翼强的“双翼派”、认为单翼机才是未来趋势的“单翼派”、对两者举棋不定的“犹豫派”这三种“意见派”就形成了。
有意思的是，这几派的观点，也都直接反映在了一战后各国战斗机的研制上。所以接下来，胖兵就从这三派观点中分别选出一个最有代表性的人物和机型，来给大家说说：
02.三派之争
①首先是“双翼派”，代表是英国某位工程师~
要说英国的航空工程师迈克尔·雷格尔(Michael Gregor)可是一位双翼机的“狂热粉丝”。他曾断言“战争会从单翼机开始，但会以双翼机结束(They’ll start the war with monoplanes but finish it with biplanes)”。
▲左一就是迈克尔·雷格尔
他认为，将流线外形，应力蒙皮，气泡形座舱盖，沉头铆钉，可收放起落架这些当时的新技术与双翼结合起来，将能让战机在空战中有极端的敏捷性。
而他设计的FDB-1战斗机，也综合了很多创新性设计：
首先它的上翼是鸥形的，这样可以让上翼与机身直接连接，获得更高的结构强度，而且上翼前缘还配备了自动的前缘缝翼，可以根据迎角变化自动开闭，避免大迎角下失速。
▲FDB-1，全场6.6米的它
显得非常短粗
而为了防止失速坠毁，FDB-1还在机尾还配备了失速降落伞，它能让飞机在失速无法改出的情况下打开，让飞机以头朝下的姿态缓慢下降，并在下降过程中重新启动发动机，恢复气动控制，再抛掉降落伞~
性能上，雷格尔曾宣声称它的最高速度能达到472英里（760公里/小时），并能做猛烈的机动，爬升率也能达到每分钟3400英尺（1032米/秒）。要知道，这可比经典的“喷火”（原型机561公里/小时）甚至“野马”战斗机都快~
▲描绘FDB-1试飞的油画
它在1938年12月首飞
但在实际试飞中，虽然机动性表现出色，却也证明了这些数据都是吹嘘的~
FDB-1的实际速度最高只能达到267英里（420公里/小时），爬升速度也只有2800英尺（853米/分钟）。等于连“飓风”战斗机（505公里/小时）都比不上，而且爬升速度也只比“飓风”快了20英尺（6米）/分钟…
▲FDB-1前侧照
起落架收防位置很独特
而对此，雷格儿却怪罪于没装不上1200马力的发动机，只有700马力的~那么在试飞中出现的座舱盖剧烈震动，起降视野差这些另外的问题呢？不是换发动机就能解决的吧~
所以这之后，英国空军也将注意力转向了单翼的“飓风”和“喷火”，FDB-1也就再也不会有换发动机的机会了。而它的这一尴尬表现，也获得了“最后的双翼机”这一“美誉”。
▲FDB-1参展的场景
只能停留在油画上了~
②再说“单翼派”，它的代表是德国空军。
相对于英国，德国可没有这么追双翼追的这么狂热的人，而德国空军也更偏重于从实战中汲取经验，而不是理论。西班牙内战就给德国提供了一个绝佳机会，经过将双翼的亨克尔He 51战斗机送到战场，德国空军总结出了一条对德国发展单翼机起决定性作用的结论：速度远比机动性重要。
▲亨克尔He 51战斗机
此外，仅从1933年帝国航空部(RLM)发出的新型战斗机招标要求中，就能看出德国对单翼机已经有多重视了，它包括全金属结构、单翼、可收放起落架，10000米升限…
而在当年，就有4家公司的四款单翼机参加竞标，分别是阿拉多(Arado )Ar80，福克·沃尔夫(Focke-Wulf)Fw 159，亨克尔(Heinkel)He 112和梅塞施密特(Messerschmitt)Bf 109。
▲左上：Ar80、右上：Fw 159
左下：He 112、右下：Bf 109
至于后来的胜出者大家都很熟悉了，Bf 109几乎占压倒性优势。而其它几款机型虽然都败给了109，但我们也能从中看出来，德国对于单翼机的研制水平已经领先到了何种程度。
而且就这四家公司来说，哪家在二战中没有几款著名机型。这都说明，设计理念比制造技术更重要。
③再说“犹豫派”，代表是美国的柯蒂斯SBC~
作为美国海军在1931年招标的一款舰载战斗机，它的研制历程可谓复杂又有趣。因为它在试飞时本来是单翼机，后来在生产时却变成了双翼机，甚至机型都从战斗机变成了俯冲轰炸机…
▲寇蒂斯SBC
这是个怎样的经过呢~首先美国海军在1931年发起招标时目标就不明确，因为内部不但在争论双翼还是单翼，还有单座还是双座，固定起落架还是可收放起落架。
不过前来竞标的寇蒂斯和道格拉斯公司还是按“老传统”拿出了两个双翼机方案，美国海军先是选择了前者，但对寇蒂斯的双翼机琢磨了一番后，又觉得还是想要单翼机，于是寇蒂斯就拿出了原型机XF12C-1，并在1933年7月实现了首飞。
▲XF12C-1，它比较有意思的创新是
伞状单翼可以向后折叠
但在1934年9月的试飞中，这架原型机就因为在俯冲轰炸测试中不达标，让海军改变了主意，要求寇蒂斯将它改成俯冲轰炸机~
这样，XF12C-1就变成了XSBC-1，不过在当年的测试中又因机翼故障坠毁了，于是海军又要求它重新改成双翼，型号是XSBC-2。
▲单翼的XSBC-1（上）和
双翼的XSBC-2（下）对比
就这样，单翼战斗机变成了俯冲轰炸机，然后又变成了双翼俯冲轰炸机…
1936年8月，XSBC-2开始投产，并获得了正式编号SBC-3，随后在1938年1月又发展了一个换装更大功率发动机的的SBC-4。两个型号都在美国海军一直服役到了1941年。
▲SBC-3
03.最聪明的办法
看完上面的三派观点，你肯定觉得德国的思路是最超前，最领先的，但这也是以我们已经知道单翼机是未来发展趋势，并且已经处在了一个单翼机时代为前提的。但是…做个假设，万一双翼机的发展方向是错误的呢？
这样的话，德国的做法也需就不如另一个国家聪明了，那就是苏联。
因为苏联人的解决方案是——“两者兼顾”。
1933年10月，苏联几乎同时拿出了双翼的伊-15和单翼的伊-16两种方案。而它们也都出自号称苏联“战斗机之王”的飞机设计师尼古拉·波利卡尔波夫(Nikolai Polikarpov)之手。
▲波利卡尔波夫
和他设计的伊-16战斗机
这其中，双翼的伊-15强调格斗性能，拥有在1000米高度上盘旋360度只需要8秒的盘旋性能，最大飞行速度为367公里/小时。
▲双翼的伊-15
单翼的伊-16则强调高速性能，拥有454公里/小时的最高飞行速度，盘旋360度则需要16秒。
▲单翼的伊-16
而在实战中，两款机型的表现虽然不算特别出色，但却为各国究竟该发展双翼机和单翼机，提供了一个鲜明的例证，并且加速了很多国家单翼机的换装。
首先说日本，在“七七事变”之后，日军先将双翼的川崎95式战斗机(Ki-10)投入了战场，并且性能也一直领先于中国空军装备的伊-15和“霍克”等双翼战斗机，但在1939年的诺门坎事件中，却发现95式无法和单翼的伊-16对抗，于是就加速换装了单翼的中岛97式战斗机，并且在性能上实现了反超，在空战中也击落了苏军投入的总共500架伊-16中的88架。
▲描绘中岛97式战斗机(Ki-27)
与伊-16空战的油画
再说德国，在西班牙内战中，德国的He 51也是因为先吃了伊-15和伊-16的亏，然后将著名的Bf 109战斗机投入了战场，虽然先后投入的都是系列中的早期型号，却一下就占据了“统治”地位，在西班牙内战中，击落了多达334架敌机。
▲描绘Bf 109击落伊-16的油画
这都说明，设计概念上再有说服力，也不如实战的表现。但话又说回来，如果没有一个超前的设计概念，又怎么会有优异的实战表现呢？
可以想象，如果不抛弃双翼，战机的速度就不会得到进一步的提升，而速度如果达不到一定水平，也就不会有后来对超音速的追求。
▲F-14战机跨过音速
产生“音爆云”的壮观景象
而说到超音速飞机，你肯定也觉得那是二战后才实现的事情，但其实早在1930年代，人们就曾设想过超音速飞机。
04.双翼也能超音速？
1936年，德国航空航天工程师阿道夫·布斯曼(Adolf Busemann)曾提出了一种超音速双翼机(supersonic biplane)布局，从图中可以看到，这个双翼的侧剖面是两个偏平的三角形，并且上下对称。
▲超音速飞行中机翼所产生的激波示意图，可以看到，如果机翼是菱形的单翼（左），激波就会在上下翼产生并向外发散，而双翼布局，就可以让激波局限在上下翼之间（右）
布斯曼经过计算认为，这种翼型可以让飞机在跨音速产生激波时，让激波只在上下翼之间作用，并在相互反弹后抵消。但是，这种翼型缺乏升力，而且因为上下翼之间的通道非常窄，气流在通过时会产生阻塞效应，导致更大的阻力…
▲阿道夫·布斯曼（1901-1986）专攻超音速气流，在航天器上使用陶瓷纤维隔热瓦就是他率先提出来的
麻省理工学院(MIT)后来对这种布局的研究也证明，虽然这种翼型可以在超音速的条件下有较好的条件，但却不可能跨过音速，甚至都飞不起来…
但有意思的是，MIT的团队近年正试图改变这个僵局，并提出了一种奇葩的飞翼形状的双翼布局。
▲MIT团队设想的
双翼超音速飞机效果图
而相对于布斯曼的布局，它最大的改进措施就是增加上下翼之间的气流通道，上下翼之间设置了多个气流通道，并且增加了一个可调整阻力的襟翼。
▲双翼超音速飞机正面效果图
而对于这种布局，MIT的团队也表示，它不仅能实现超音速飞行，并且阻力和油耗只有“协和”式客机的一半。
当然，这一切还在试验之中。如果成功，双翼布局就有可能卷土重来…
而我们也将经历一个“双翼机回归”的时代，而胖兵或许也该思考下，如何再给大家讲“为何双翼机会回归”这个话题了…
