為什么要設(shè)計一架不對稱飛機

　　到2010年退休的時候，時年67歲的美國傳奇航空設(shè)計師伯特·魯坦(Burt Rutan)，總共設(shè)計過近百種各式各樣的飛行器。其中有五種被業(yè)界圣殿——美國國家航空航天博物館收藏。

　　不過在所有的魯坦設(shè)計中，最“吸睛”的可能要數(shù)一款沒有太多光環(huán)的飛機——“回旋鏢”(Boomerang)。這款誕生于上世紀(jì)末的五座雙引擎輕型通用飛機并沒有創(chuàng)造多少世界第一，不過它的外形可能很人大吃一驚——“回旋鏢”是不對稱的!人們第一眼見到它的時候總會問：“這玩意兒能飛起來嗎?”實際上，“回旋鏢”不但會飛，而且飛得很好，它的經(jīng)濟型和安全性遠高于傳統(tǒng)構(gòu)型的同類飛機。一架在天上愉快飛行的“回旋鏢”可真是對付強迫癥患者的“大殺器”。

　　以下是美國《航空與航天》雜志(Air & Space)的執(zhí)行主編丹尼·泰蒂奇(Diane Tedeschi)在數(shù)年前對魯坦進行的專訪。(Q：泰蒂奇/A：魯坦)

　　Q：你是從多大年紀(jì)開始制作飛機的?

　　A：非常非常小的時候就開始了。我想可能是差不多6到8歲吧。

　　Q：那時候都是用成品模型套件嗎?

　　A：我沒怎么用過那些從商店里買到的成品，從小就對那些裝起來用來炫耀的塑料模型不大感興趣。我喜歡用不同的材料組裝能飛的東西。實際上不太記得我曾做過這一類拼裝模型。

　　Q：那你是自己做零件了?

　　A：對。我經(jīng)常撿我哥哥作模型剩下的零件組裝飛機什么的(伯特的哥哥迪克·魯坦比他大5歲，是一名飛行家，1986年曾作為“旅行者號”的駕駛完成了創(chuàng)紀(jì)錄的環(huán)球不間斷不加油飛行。——譯者注)。

　　Q：你第一次放單飛(飛行訓(xùn)練中首次獨立駕駛飛機——譯者注)是什么飛機?

　　A：是一架Aerona Champ，1959…我不記得那架飛機有多老了，不過我放單飛是在1959年。

　　Q：我猜你那時候才16歲吧?

　　A：是16歲。

　　Q：那你接受過什么正式的航空設(shè)計訓(xùn)練呢?

　　A我畢業(yè)于加州理工州立大學(xué)(California Polytechnic State University)(并非著名的加州理工——譯者注)，并獲得了航空工程學(xué)的學(xué)位。

　　Q：當(dāng)你去設(shè)計一架新飛機時，我想知道你是先有一個基本的外形，還是先考慮飛機的性能和功能，然后在決定飛機的外形和視覺效果?或者兩者同時進行?

　　A：除極少數(shù)情況以外，或許從來沒有，我們先有一個基本的性能指標(biāo)–要多大的升力，多遠的航程，多快的速度之類的。所以我要從計算能達到上述指標(biāo)的物理參數(shù)開始，這就基本決定了飛機的尺寸：翼展大約要多大，翼面積大約要多大等等。然后我要看看飛機的功能：飛機用來干什么，要裝載什么樣的載荷，飛行什么樣的空域，或者其他特殊的要求。它是不是需要失速自動修正，比如說。它是不是需要高的滾轉(zhuǎn)率。然后我試著用盡量多的構(gòu)型來滿足這些需要，然后逐一驗證，淘汰那些不佳的構(gòu)型。一般來說最后會有幾個構(gòu)型滿足需求，性能不相上下。它們中有些可能更貴一些，有些可能在某一方面有更好的適用性等等。當(dāng)然，我還是喜歡實驗，通過實驗看看有沒有提供這種適用性的其他方法。

　　一個很好的例子就是輕型雙引擎飛機，我很清楚輕型雙引擎飛機的安全性很差。雖然它們有兩臺發(fā)動機，但它們的致命事故發(fā)生率要比輕型單引擎飛機高得多。我認(rèn)為這是一個很重要的問題。所以有那么兩段時間，我設(shè)計了一些輕型雙引擎飛機，一次是大約五年之前(指上世紀(jì)末——譯者注)，另一次是1976-77年間。兩次都是想完全解決輕型雙引擎飛機的安全性問題。所以我試了一些非常特別的氣動外形。一個是推進式的鴨式飛機，它具有動力喪失安全性(engine-out saftey)和失速自動限制(natural stall limitings)，那是一架非常安全的飛機，還有“回旋鏢”(Boomrang)也有動力喪失安全性。不過我想別的設(shè)計師可能會說：“哦，搞得太激進的東西太冒險。”所以他們傾向于精煉那些已經(jīng)被接受的構(gòu)型，而不是嘗試新的。

　　Q：你設(shè)計出了一些歷史上最獨特的設(shè)計，你是從什么地方獲得靈感的?是從自然中嗎?

　　A：哦，這十年中我一直在說，有許多結(jié)構(gòu)設(shè)計的靈感是師法自然的。不過我可不記得我這輩子去野外觀鳥過。我只是憑直覺認(rèn)為海鷗應(yīng)該有一對長的翅膀，而隼應(yīng)該有高的翼載。你知道，我可不記得我曾經(jīng)仔細觀察鳥類以便學(xué)會怎樣讓飛機飛起來。我覺得這是因為我之前已經(jīng)有大量的成熟的設(shè)計，我不是生活在萊特兄弟之前。不過，告訴你，我對這一類東西還是很感興趣的。最近我聽到的最有意思的報告是一個來自蒙大拿的教授做的，他叫…..

　　Q：肯·戴爾(Ken Dial)?

　　A：對!就是戴爾(肯·戴爾提出過自己對鳥類飛行起源的見解——譯者注)。

　　Q：他很有名。

　　A：有次他在一個航空的會上做了一個聽起來有意思的報告，關(guān)于研究鳥如何控制飛行。

　　【美國國家航空航天博物館收藏的五種魯坦飛機分別是：1、首次實現(xiàn)載人單極近空間飛行，拿下Ansari X獎的“太空船一號”;2、暢銷車庫飛機VariEZ;3、輕型飛機Quickie;4、首次實現(xiàn)載人不著陸不加油環(huán)球航行的“旅行者號”;5、首次實現(xiàn)載人不著陸不加油環(huán)球航行的噴氣飛機“維珍大西洋環(huán)球飛行者號”?！?/p>

　　Q：你最近沒有設(shè)計任何鴨式飛機。你覺得鴨式飛機是不是已經(jīng)發(fā)展到極限了，它還有發(fā)展的空間嗎?

　　A：等著看我的下一個作品吧。我今天工作了一天，今天是周日，昨天我也在工作。我得說最近幾個月最忙的工作是設(shè)計一架新的鴨式飛機。一架非常優(yōu)雅、高升限多用途飛機。它能做許多像U2(美國空軍著名的高空偵察機——譯者注)那樣飛機的工作。通訊信號傳輸或者別的什么。我不準(zhǔn)備給這架飛機做失速限制。避免失速往往是建造鴨式飛機的一個理由。拿Long-EZ來說吧，當(dāng)然也包括Defiant——這種特性表現(xiàn)在自然失速限制上，也就是說在任何重心條件下全拉桿最大迎角時仍沒有危險的失速特性。不過這架“新”飛機的失速特性不是我所關(guān)心的，它將會被兩名專業(yè)駕駛員駕駛。我用鴨式布局的主要原因是它的特別的載荷，比如一個大天線。

　　Q：可以冒昧的問一下，這架飛機是為誰設(shè)計的?

　　A：實際上有很多客戶。主要的投資是由我們“縮比復(fù)合材料公司”(Scaled Composites)完成的。其中一個客戶是做通訊服務(wù)的“天使公司”(Angel Corporation)，它要求的載荷是一面可以向數(shù)千用戶提供互聯(lián)網(wǎng)和移動通訊服務(wù)的大的轉(zhuǎn)發(fā)天線。

　　Q:計算機技術(shù)和相應(yīng)的軟件是不是改變了你的設(shè)計方式呢?或者是縮短了你設(shè)計的時間?這些東西從你開始使用改進了多少?

　　A:嗯，回頭來看的話，應(yīng)該說，設(shè)計一架像Defiant或者Long-EZ這樣的飛機，它的空氣動力學(xué)計算、放樣、載荷分析….這一切其實并不是一個很大的工作量。相比我們現(xiàn)在設(shè)計的飛機，那是相當(dāng)少的。我想主要原因就是我們現(xiàn)在有了很好的計算機工具和很棒的軟件，可以讓我們在短時間內(nèi)作大量的計算。不過我認(rèn)為，這所有的一切并沒有改變創(chuàng)造的過程：飛機的外形如何，如何通過革新和創(chuàng)造解決一個問題。計算機現(xiàn)在干不了這些工作，可預(yù)見的未來也不能。做這些工作的時候，我一般會改變一下我周圍的環(huán)境–不要接近計算機，哪怕是參考書和過去的設(shè)計成品，甚至是計算器。我經(jīng)常這樣做，尤其是去年。我所要的是畫板、彩色鉛筆和一個盡量遠離辦公環(huán)境的地方。

　　Q：也就是老派的做法。

　　A：你知道，我是在故意不使用計算機。

　　Q：很有意思，我相信很多人聽到這個答案會吃驚的?，F(xiàn)在貴公司有多少員工?

　　A：145人，現(xiàn)在分別做著有13個不同的項目(“縮比復(fù)合材料公司”成立于1982年，現(xiàn)在約有員工200人，已經(jīng)被諾斯羅普公司收購——譯者注)。

　　Q：現(xiàn)在公司的經(jīng)營狀況怎么樣?我知道你是公司的創(chuàng)立者，曾經(jīng)是公司的所有人?，F(xiàn)在還是這樣還是賣掉了?

　　A：“縮比復(fù)合材料公司”(Scaled Composites)是由兩個人組建的，我從來都不是它的獨立所有者，我現(xiàn)在持有它的一些股票，最多的時候曾經(jīng)持有過它的一半股權(quán)。

　　Q：你每天的生活是什么樣的?

　　A：哦，你該跟著我轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，尤其是最近，可狂野了，真的。

　　Q：我可以想象：很多時間獨自設(shè)計飛機，有時候也….你現(xiàn)在要花很多時間指導(dǎo)和管理公司的設(shè)計工作嗎?

　　A：獨自設(shè)計的時間的確是最享受的。當(dāng)然那不是我唯一樂意去做的事，不過我的確非常喜歡獨自設(shè)計。生意時間之外，晚上或者周末，我基本上都在獨自設(shè)計。有時候我也會突然發(fā)現(xiàn)我把自己鎖在屋子里搞設(shè)計，而且是在工作日，當(dāng)然這是很少見的情況。和大多數(shù)人一樣，我們朝七晚四，周一周五，一周40小時工作。時間一般是這樣分配的：采購;做提議;見客戶，同他們討論以知道他們的需求;向他們展示我們過去的工作;然后看看我們是否能完成客戶的要求。

　　我一般會注意其他人怎么工作，當(dāng)然只是從背后觀察，不打擾他們的工作，然后提一些建議。

　　我也參與飛機的制造，親自下手。我一直堅持要我們所有的工程師都這樣做。你沒有親手制作飛機的能力就沒有權(quán)設(shè)計飛機，這是我們的一條準(zhǔn)則。這在洛克希德和波音是不可能成為準(zhǔn)則的，因為他們有強大的工會。不過我們認(rèn)為這是極其重要的，是強制性的。

　　Q：我想知道莫哈維(Mojave，位于加州東南部，是美國重要的航空試驗基地——譯者注)的美麗和沙漠空曠無垠的景色多大程度上激發(fā)了你的靈感或者影響了你的設(shè)計。

　　A：嗯，沙漠是飛行的好地方，晴朗無云。唯一不利的地方就是有時候會有紊流和強風(fēng)。不過要說景色激發(fā)靈感…我得說絕對絕對沒有。你看，我現(xiàn)在在辦公室里，窗簾緊閉，為了不在電腦屏幕上反光。我設(shè)計的建筑一層都幾乎沒有窗戶，為的是保持室內(nèi)空氣寧靜。我從不會去欣賞沙漠，真的。我不在沙漠中散步，那里有響尾蛇什么的。回家的五分鐘路上碰見一條響尾蛇是很討厭的。不過，我不是說…我也喜歡去爬山或者到海邊看風(fēng)景，不過我從來沒有像那些城里人那樣看出沙漠的美來。

　　Q:現(xiàn)在莫哈維還是那樣一個小鎮(zhèn)嗎?你們公司的建立有沒有給莫哈維帶來更多人氣?

　　A：我覺得我們公司對小鎮(zhèn)并沒有產(chǎn)生多大影響。當(dāng)然，我們的員工比較多，但是只是150個人，全鎮(zhèn)有2800人吧，嗯，差不多是這個數(shù)。而且我們多數(shù)人并不住在鎮(zhèn)子里。莫哈維的人口跟它的海拔高度差不多。而且也沒有像其他的什么地方一樣增長的很快。

　　Q：對，跟加州其他的地方差不多。前幾天我看過“回旋鏢”的照片，我認(rèn)為那是一個非常漂亮的設(shè)計。最吸引我的就是它不對稱的結(jié)構(gòu)了。不對稱設(shè)計在飛機上并不常見，似乎對稱更被人接受，你怎么看?

　　【上世紀(jì)三十年代末，德國布魯姆福斯公司設(shè)計生產(chǎn)過一款名為BV141的軍用飛機，可以說是不對稱飛機的鼻祖。】

　　A：是的。一架飛機穩(wěn)定在兩個軸上。一個軸垂直穿過重心，其上有一個垂直安定面和一個舵，保持飛機的偏航靜穩(wěn)定性。多數(shù)飛機都有不借助升力自主保持直線航行的能力。飛機的另一個軸水平穿過重心，提供俯仰穩(wěn)定性。在這個軸上，機翼和尾翼聯(lián)合保持穩(wěn)定性–機翼提供向上的力，尾翼提供向下的力。通常人們所沒有認(rèn)識到的是，除非飛行員不操縱，這兩個軸上的穩(wěn)定方式是相似的。升力不發(fā)生偏斜，它就是穩(wěn)定的。即使是一架不對稱的飛機。多數(shù)人有這樣的感覺：天哪，一架飛機必須是對稱的。一般來說沒有什么理由讓一架飛機不對稱。不過，我在設(shè)計“回旋鏢”的時候，發(fā)現(xiàn)不對稱結(jié)構(gòu)有許多的優(yōu)勢。首先，它可以使兩個引擎靠的更近，這樣在一個引擎失去動力時的偏航和滾轉(zhuǎn)力矩就比普通雙發(fā)輕型機小的多。“回旋鏢”單發(fā)飛行時的偏航和滾轉(zhuǎn)力矩分別只有普通雙發(fā)輕型機的一半和四分之一左右。這架飛機雙發(fā)工作時有些不對稱，但這對于一架穩(wěn)定的飛機算不了什么。因為有機身和另一個發(fā)動機艙承受扭轉(zhuǎn)力，我就可以將垂直尾翼和水平尾翼放的更靠后。這是多數(shù)人沒有認(rèn)識到的優(yōu)勢，這樣尾翼面可以更小、負(fù)載更低，而且更有效。

　　這給我提供了非常好的方向安定性，在動力喪失的情況下，飛行員甚至只用副翼不用蹬舵就能保持飛機方向。這是與普通雙發(fā)輕型機驚人的不同。更后置的水平尾翼也給飛機提供了更寬的重心范圍，這可以讓我將乘客分散，乘客再也不用蜷縮在座椅上，膝蓋頂著前座了。事實上，像我一樣的大個子(我體重210磅)可以睡在飛機座艙后部而不用擔(dān)心飛機的重心過于靠后。而且另一個發(fā)動機艙可以裝載很多行李。這樣我就打破了很多飛機安定性設(shè)計的限制。結(jié)果是，嘿，你可以隨意裝載載荷而不用擔(dān)心超出飛機重心安定范圍了。

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