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貝爾先生放風箏

貝爾先生放風箏

貝爾先生放風箏

上一篇〈人類首度完成動力飛行120週年〉提到,促使萊特兄弟投入飛機研發的契機之一,是史密森尼學會(Smithsonian Institution)的秘書長蘭利(Samuel Langley)所設計之配備一馬力蒸氣機的飛機模型,於1896年5月從船上彈射起飛,飛行了1公里遠,首度證明比重大於空氣的飛行器可以穩定地持續飛行。

下圖就是當時所拍攝的照片,值得注意的是,照片下方寫的拍攝者竟是Alexander Graham Bell——沒錯,就是那位發明電話的傳奇人物。話說貝爾二十年前取得電話專利,隨後成立電話公司,如今已是名利雙收的大老闆,為什麼已經年近半百的他會跑來見證飛行實驗,還親自掌鏡?

圖片來源:Wikipedia

其實貝爾很早之前就有讓人類飛上天空的夢想。他在1891年捐了5千美元給蘭利進行飛行器的實驗,除此之外,他也親自動手研究各式機翼的優劣。1894年11月,澳洲發明家哈格瑞夫(Lawrence Hargrave)將四個自己發明的箱型風箏串在一起,成功讓自己升到五公尺高。這則新聞讓貝爾眼睛為之一亮,隨即投入箱型風箏的測試。

1894年11月,澳洲發明家哈格瑞夫將四個箱型風箏串在一起,成功讓自己升到五公尺高。
圖片來源:Wikipedia

貝爾想要的當然不是升空而已,而是能載人翱翔的飛行器,因此必須將單一風箏的尺寸擴大到足以產生所需的升力。不過哈格瑞夫的箱型風箏是矩形的,太大容易扭曲變形,而且隨之增加的支架重量又會抵消升力,似乎是個死胡同。最後貝爾想到去掉矩形的一邊,改成三角形骨架,如此便能減少支架數量,所組成的箱型風箏結構也更不會變形。

貝爾利用三角形結構設計了各式各樣的箱型風箏,進行試飛。接著他在1902年又有了新的突破,他將三角形骨架組成四面體結構,所建造的風箏更輕、更堅固。貝爾將自己設計的四面體風箏與實際的飛行測試寫成專文,發表於1903年6月號的《國家地理雜誌》。正當他打算要邁向裝上發動機的下一階段時,沒想到當年年底,就傳來萊特兄弟試飛成功的消息。

貝爾用三角形骨架設計的風箏之一,攝於1902年。
圖片來源:美國國會圖書館
另一款貝爾用三角形骨架設計的風箏;攝於1902年。
圖片來源:美國國會圖書館

這則突來的消息並沒有讓貝爾因此放棄飛行夢,他一方面繼續四面體風箏的實驗,一方面也留意可能的合作夥伴。1904年,美國冒險家鮑德溫(Thomas Baldwin)採用柯蒂斯(Glenn Curtiss)研發的摩托車引擎,成功完成氫氣飛船的飛行,引起貝爾的注意。他邀請他們共於1907年同成立「航空實驗協會」(Aerial Experiment Association,簡稱AEA),致力於研發載人飛行器。

貝爾多年研究風箏所累積的空氣動力學知識,加上柯蒂斯在發動機上的研發能力,AEA很快在1908年3月就完成第一架飛機「紅翼」(Red Wing) 的試飛。不過這架飛機還沒有轉向功能,這是因為萊特兄弟在1906年已取得透過扭撓翼尖來控制飛機左右傾斜的專利,AEA必須採用別的方法以免侵犯專利。

兩個月後,他們在第二架飛機「白翼」(White Wing) 的機翼末端用鉸鍊裝上活動的翼面,駕駛員身體左右傾斜便可經由身上的「軛」控制翼面上下擺動,達到和扭撓翼尖一樣的轉向效果。「副翼」這個設計比萊特兄弟的專利更容易操控、也更可靠,結果反而成為現代飛機控制飛機左右傾斜的裝置。

AEA陸續又推出改良的第三架、第四架飛機,新增當時首創的起降輪、尾舵等裝置,並在《科學美國人》雜誌舉辦的比賽中,飛行一公里毫無故障而奪得首獎。但柯蒂斯也因此獲得金主青睞而決定出走,另行開設飛機製造公司;少了這麼一個重要支柱,加上當初成立AEA的目標也算達成,AEA便在1909年3月宣布解散。

AEA的第三架飛機「六月小蟲」號於1908年贏得《科學美國人》雜誌舉辦的飛行比賽首獎。
圖片來源:Wikipedia

不過貝爾仍念念不忘四方體風箏的構想。AEA曾依照貝爾的設計,打造出由3,393個四方體組成機翼的飛機,但在1909年2月試飛卻無法升空。AEA解散後,貝爾又再設計出三翼的四方體飛機,依舊飛不起來,他才徹底放棄四方體風箏概念的飛機。

由3,393個四方體組成機翼的飛機。圖片來源:Wikipedia
貝爾設計的三翼四方體飛機,於1910年試飛仍無法升空。這是他最後的嘗試。
圖片來源:Wikipedia

貝爾本身的原創發明雖然成為泡影,但他創立的AEA卻對飛機的構造產生深遠的影響。下次你坐飛機若看到副翼擺動時,或許可以遙想一百多年前,留著大鬍子的貝爾先生領著助手們,一次次地放起奇形怪狀的風箏……。

參考資料:

  1. Alexander Graham Bell – Wikipedia
  2. Samuel Langley – Wikipedia
  3. Lawrence Hargrave – Wikipedia
  4. Aerial Experiment Association – Wikipedia
  5. Article by Alexander Graham Bell, June 1903 | Library of Congress (loc.gov)
  6. The years kite of Graham Bell (wokipi-kite.com)

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