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前言
1918年4月21日，那場“結束一切戰爭的戰爭”還有幾個月就要結束了。一架英軍索普威思的“駱駝”式雙翼戰鬥機歪歪倒倒地在索姆河上空狂奔。駕駛員是技術生疏的加拿大菜鳥飛行員威爾弗裡德·梅。“駱駝”是一架對新手很不友好的飛機，它裝備的星形風冷發動機是轉缸式，運轉時幾個汽缸會和螺旋槳一起高速旋轉，這麼大的轉動質量形成強大的扭矩，必須不時調整副翼才能穩定地飛行，收穫的好處是一旦做出機動動作飛機的反應也非常靈敏，但梅顯然還不具備利用這個優點的技術。
“駱駝”的轉缸發動機對新手不友好
梅的身後緊緊咬著一架同樣裝備轉缸發動機的全身鮮紅三翼機，機艙里正是令協約國所有飛行員聞風喪膽的“紅男爵”曼弗雷德·馮·里希特霍芬本尊！這位神色憂鬱的金髮青年不僅是80架戰績的世界頭號王牌，還是JG1聯隊的指揮官，而且還全面參與了新型戰鬥機的設計。這架紅得如同鮮血染過的福克Dr.1三翼機就有他有很大功勞。梅糟糕的飛行技術給里希特霍芬造成了一些麻煩，他正在仔細瞄準的時候，忽然發現另一架“駱駝”出現在身後，於是他回頭過去望了一眼。
鮮紅的福克Dr.1在一戰時家喻戶曉
歷史就在這一刻定格，後面趕來的加拿大飛行員布朗遠遠地開了火。“紅男爵”的座機忽然抖動起來，隨即向下方脫離。“紅男爵”勉強控制著飛機在澳大利亞控制的地區著陸就死去了——一顆機槍子彈擊穿了他的左胸，一代最耀眼的空戰明星就此隕落。鮮紅的福克三翼機被一擁而上的澳大利亞士後拆成碎片一搶而空以留作紀念。“紅男爵”的遺體被敵國以全套軍禮下葬，6名上尉為之扶棺，儀仗隊向空中鳴槍。
英澳士兵瓜分了“紅男爵”座機當成紀念品
是布朗擊落了“紅男爵”嗎？起初的結論的確是這樣，但布朗當時離“紅男爵”還很遠，不太可能擊中。而澳大利亞部隊提出他們也在朝空中開火，用的子彈和“駱駝”戰鬥機上的一樣。許多專家認為澳大利亞第24機槍連的錫德里克·波普金中士應該獲得這一榮譽。但近年來的研究表明是另一位澳大利亞士兵的戰果。“紅男爵”之死可能會成為一個永遠的謎，但是那架被拆散的福克Dr.1戰鬥機成為日後最出名的一戰時期的戰鬥機，鮮紅色的三層機翼具備極高辨識度。
鮮紅的福克Dr.1成為一戰知名度最高的戰鬥機
多一些機翼
其實一戰的三翼戰鬥機還是英國人先研製出來的——索普威斯在推出“駱駝”之前就有三層機翼的戰鬥機，而福克Dr.1也正是受了英國飛機的啟發。雙翼、三翼機究竟有些什麼樣的特點呢？我們還是先看看飛機的升力公式吧，有些枯燥，而且近年來還做了重大修訂，不喜歡的可以跳過這段：
L（升力）=ρVΓ（氣體密度×流速×環量值）
這裡面涉及到庫塔條件（繞翼環量）、傳統的伯努利定理、流體的連續性定理……這裡不再展開了，我們可以簡單地認為：機翼產生的升力與機翼面積近似成正比，即面積越大升力就越大。升力還與速度的平方近似成正比，即速度增加2倍而升力增加4倍。
升力的計算其實很複雜，低速飛機是可以簡化
從這裡可以看出來，對飛機升力貢獻較大的是飛機的速度。但是，早期飛機的發動機實在不夠給力，飛機的速度提不起來。萊特兄弟的“飛行者一號”的發動機僅僅12馬力，還不如現在的一輛摩托車，速度也只有11公里每小時。這樣低的速度產生的升力實在太小，怎麼辦呢？
雙層機翼完美解決了翼面積和強度之間的矛盾
增加機翼面積是個好辦法！增加面積不能把機翼做成接近正方形，那樣阻力太大，只能做成細長的形狀也就是加大機翼的展弦比（翼展和絃長之比）。可那個時候的材料強度也不夠，如果把機翼做得太過細長就容易折斷，於是萊特兄弟採用了雙翼結構——讓兩層機翼重疊在一起，解決了這個問題。在雙層機翼的加持下，人類第一次依靠動力離開地面！
離開地面！
雙層機翼讓整個機翼形成了一個盒狀結構，還大大增加了機翼的整體強度。航空技術大發展的早期，為了獲得足夠的升力，雙層乃至多個機翼的設計簡直是五花八門，這正是那個時代的飛機外觀奇形怪狀的根本原因！直到30年代很多國家的空軍都還被民眾稱為“馬戲團”，參見本文開始的視頻。最誇張的是有人甚至在飛機上裝了上百個小小的機翼！而最有名的是意大利設計師卡普羅尼，宮崎峻的電影《起風了》裡面就有他的代表作，大型飛艇上裝了9個碩大的機翼，蔚為壯觀。
《風起了》裡9翼的大型水上飛機
盛極而衰
光怪陸離的飛機外觀大賽隨著材料、動力、流體力學、製造技術的發展慢慢結束，到一戰時期基本統一成了雙翼機。然而一戰時期戰鬥機空戰都是貼身格鬥，發動機功率也弱，“紅男爵”的福克Dr.1也只有110馬力，速度也只有185公里每小時。為了在格鬥中取勝，爬升率是重要指標之一。看多了現代戰鬥機的飛行表演，可能不少人認為飛機的爬升是象F-22那樣的“旱地拔蔥”，其實那主要依靠澎湃的動力，推重比超過1。而實際上
一戰時動力孱弱，飛機是以很小的坡度、近乎平飛的姿態一點點升上空中的。
F-22是靠動力爬升，一戰的飛機遠遠做不到這一點
所以一戰時戰鬥機爬升率主要靠機翼升力，當然翼面積就非常重要。索普威斯首先推出了三層機翼的戰鬥機，但綜合性能並不好，卻啟發了德國對手。在里希特霍芬的建議下，福克立刻造出了自己的三翼戰鬥機福克Dr.1，爬升性能相當優秀。Dr.1甚至在起落架之間都加上了一塊小小的翼面，不遺餘力地增加升力。採用三翼結構後，Dr.1還適當減小了翼展，
滾轉性能也獲得了很大的改善，成為一架爬升、轉彎性能都很出色的戰鬥機。
三層機翼賦於Dr.1優異的爬升和滾轉性能
不過Dr.1雖然以少見的三層翼紅極一時，但仍然有臨時過渡型的意思——就在“紅男爵”隕落的第二天，他參與設計及試飛的福克公司的終極力作D-VII戰鬥機抵達了JG1聯隊 。它的動力比三翼Dr.1高出50%以上，於是又迴歸了雙翼架構，創造性的取消了翼間的張線只保留支柱，阻力因此大減。D-VII的速度、加速、爬升性能全面優於以往的任何對手，成為一次大戰最好的戰鬥機。以至於一戰結束後《凡爾賽條約》專門要求德國交出所有D-VII型戰鬥機！
福克的終極作品迴歸了雙翼構型，沒有張線，不過也沒有挽回敗局
此後直到二戰前，雙翼機仍然是各國航空部隊的主力。這期間人們對雙翼機進行了一些優化：材料技術的進步使得飛機可以儘可能減少兩翼間的張線和支柱，以減少阻力。此外，許多設計師，發現雙層機翼之間存在干擾，於是有意讓上下機翼錯開一些。代表作如蘇聯的I-207，減阻優化在雙翼機中幾乎做到了極致。事實上如果讓上層機翼靠後而下層在前，可能防止翼間干擾的效果會更好一些，不過這種佈局只出現在二戰以後的運動飛機上。
夭折的I-207，幾乎到了可以拿掉上層機翼變成單翼的地步
到30年代末，航空發動機功率已經到達了1000馬力級別。可以粗略估算一下推力：在典型的高度和速度下，通常發動機和螺旋槳的推力效率能達到4-5克每瓦。這裡強調高度和速度，是因為推力效率受空氣密度、來流速度影響較大，如果是在地面靜止測試，實際上效率還會略高一些。折算下來1000馬力動力系統優化後可以提供3噸以上的推力，足以讓當時輕巧的戰鬥機依靠動力進行斜率很陡的爬升。飛機的速度也普遍超過400公里，很小的翼面積也能產生足夠的升力，雙翼機的升力優勢顯得多餘，英國“角鬥士”、意大利的CR.42等最後的雙翼戰鬥機只在初期略做掙扎就被迅速淘汰。
“角鬥士”雙翼戰鬥機甚至有氣泡式座艙，不過翼間還有張線
夾縫求生
較小的阻力、簡單利落的結構，加上充沛的動力讓單翼機從二戰起一統天下，誕生了許許多多的經典，還催生了一批新型的機翼相關的技術：層流翼型、後掠翼、前掠翼、三角翼、翼身融合的升力體……不過，動力技術欠缺的國家在高空仍然遇到升力不足的問題——稀薄的空氣導致活塞式發動機高空功率下降嚴重，機翼的升力也與空氣密度負相關。好在這個時期材料技術、結構設計水平都有很大的提高，高空型戰機一般採用大展弦比機翼來彌補升力不足。德國Ta152的翼展就比基本型的Fw190戰鬥機大出不少。
專注高空作戰的Ta-152機翼明顯較長
戰後單翼機已經成為絕對主流。即使是U-2這種設計飛行高度在2萬米以上機型，也是加大翼展就解決了問題。不過，前面提到過的雙翼機能有效減小翼展，有效提高飛機的橫滾速度，增加飛機的靈活性，因此在對速度要求不高的運動飛機市場上還佔有一席之地，有不少高機動性的雙翼表演機活躍在各大航展上。
雙翼機的機動性和操作性都相當出色
戰後逐步興起鴨式佈局給許多設計師新的啟發：既然鴨式佈局的前翼和主翼都能產生升力，那能不能加大前翼來獲得更大的升力呢？和戰鬥機上鴨式前翼主要作用是配平不同，這種佈局形成了水平串列式雙翼，前後翼都產生較大升力，配平功能倒還在其次。串列式雙翼佈局特別受美國設計師魯坦的喜受，推出多種串列式雙翼飛機，包括他最著名的“環球旅行者一號”，在這架飛機完成世界首次不加油不著陸環球飛行的旅程中，極高升阻比的串列式雙翼功不可沒。這裡還要再提一句意大利的卡普羅尼，他那架9翼的大型水上飛機早早就實現了抬式平衡，也應用了串列式主翼。
魯坦的串列雙翼機
魯坦的飛機創下了不著陸、不加油環繞地球一週
淘金客曾經將串列式雙翼用於無人機上，可以在尺寸（影響到無人機的便攜性）、載重、起降距離等方面取得較好的平衡，用遙控器手動操作沒有問題，但用飛控去控制無人機自動飛行時問題就來了：串列式雙翼機和普通飛機、鴨式佈局的控制律相差很遠 ，用開源飛控來調試實在太麻煩。不過串列式的小翼展、大載重、短起降對於航空母艦的艦載機很有意義，美國DARPA（國防部高級計劃局）曾主持研發過ATTT驗證機，起飛距離推算僅300米，一度考慮過在航母上使用。
ATTT串列式雙翼驗證機
串列式佈局歸根結底還是一種平直翼飛機，不適應高速飛行，原因在拙作 。波音公司率先提出讓串列式雙翼機的前翼後掠、後翼前掠，前後翼的翼梢結合在一起形成“菱形翼”佈局 。這種佈局能兼顧低速下的高升阻比和高速下的低阻力；翼展尺寸也很小；而且前後翼連接後形成結實的框形結構，可以大大減輕結構重量；翼梢的連接處處理得好的話，還能起到翼梢小翼減小誘導阻力的作用，不過這種佈局相比傳統飛機改動很大，風險自然也很大，目前還在研發階段。
波音公司設想的“菱形翼”飛機
結語
多翼飛機還在艱難地尋找生存空間之際，沒想到牆外首先開花了——1998年美軍為SDB（小直徑炸彈）和JDAM（GPS制導的“聯合直接攻擊彈藥”）招標增程組件時，馬可尼公司拿出了“菱形翼”佈局的“鑽石背”組件，一舉贏得了合同。“鑽石背”組件可以方便地裝到炸彈上，尺寸很小增重不多。一旦彈藥發射後彈出的“菱形翼”能提供比傳統單翼大得多的翼面積和升力，讓炸彈滑翔很長的距離。模擬計算的結果，JDAM安裝了“鑽石背”後，在8000米高度以M0.8速度投放時，可以無動力滑翔接近100公里，超過很多早期的對地攻擊導彈的射程！
“鑽石背”能極大地增加炸彈的射程，保證載機的安全
“菱形翼”的“鑽石背”套件效果如此之好，重量還很輕，成本也非常低廉。如果再給炸彈增加一個簡單的火箭發動機，射程還能成倍增加。號稱“摸著鷹醬過河”的我國空軍也為制導炸彈研製了類似的滑翔組件，據悉性能更加優秀，射程超過130公里。更為驚人的是，新研發的大型高空長航時無人機“翔龍”，在全球範圍內率先採用了“菱形翼”佈局，大大縮小了翼展！
“翔龍”的“菱形翼”全球第一
淘金客說：機翼無疑是飛行器上最重要的部件之一，而多翼機的歷史最早甚至可以追溯到我國的“蜈蚣”風箏。從早期的雙翼、多翼，到如今的單翼、串列雙翼、菱形翼……機翼數量的演化歷史見證了航空技術的大發展，見證了飛機設計師們卓越的創造力，也為未來飛行器提供了更多的選擇和方向。
史海漫遊，淘盡黃沙終得金
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