莱特飞行器

萊特飛行器（英語：Wright Flyer、亦稱「小鷹號」，又稱「飛行者一號」或「1903飛行者」）是一架於1903年12月17日成功完成首次由人類駕駛、重於空氣的動力飛行器，並實現可控且持續飛行的飛機。此一成就象徵航空先驅時代（英语：Aviation in the pioneer era）的開端。該機由萊特兄弟設計、建造並親自駕駛，確立了現代航空的技術基礎。

萊特飛行器
1903年12月17日，美國北卡羅來納州基蒂霍克附近，飛機首次飛行幾秒後
概况
其他名称	小鷹號、Flyer I、1903 Flyer
类型	實驗飛機
原产国	美國
制造商	萊特自行車公司（英语：Wright Cycle Company）
设计者	萊特兄弟
状态	保存並陳列於美国国家航空航天博物馆
所有者以及运营商	萊特兄弟
制造数量	1
总飞行数	4
历史
生产年份	1903年
首飞	1903年12月17日
最终飞行	1903年12月17日
发展自	萊特滑翔機（英语：Wright Glider）
发展为	萊特飛行器二號（英语：Wright Flyer II） 萊特飛行器三號（英语：Wright Flyer III）

萊特飛行器為單座雙翼構型，機翼略呈下垂弧度，機首設有一對雙升降舵（英语：Elevator_(aeronautics)）（即前翼），機尾則配置雙向舵以控制方向。其動力來自一具輸出約12馬力（9千瓦）的汽油引擎，透過傳動系統驅動兩具推式螺旋槳。飛行控制採用「機翼翹曲（英语：Wing warping）」技術，使機體能藉由改變機翼形狀來調整姿態，但也使其在空中表現出相對不穩定、操縱困難的特性。1903年12月17日，萊特兄弟在北卡羅來納州基蒂霍克以南約4英里處（現屬殺手丘鎮（英语：Kill_Devil_Hills,_North_Carolina））進行試飛，當日共完成四次飛行。第四次、亦為當天最長的一次飛行距離達852英尺（約260公尺）。然而，飛機在降落時受損，隨後又被突如其來的強風吹翻，機體嚴重毀壞。

此後，萊特飛行器未再升空，但被運回萊特兄弟的家，並由奧維爾進行修復。最初，該機曾長期陳列於倫敦科學博物館；直至1948年移交史密森尼学会典藏。當前該機典藏於華盛頓特區的美国国家航空航天博物馆。

設計與施工

萊特飛行器的設計源自萊特兄弟於1900年至1902年間在基蒂霍克進行的一系列實驗，當時他們反覆測試多款萊特滑翔機（英语：Wright Glider），逐步建立對升力、操縱與穩定性的理解。其中最後一款「1902年滑翔機」在氣動佈局與控制系統上的成熟設計，直接奠定了萊特飛行器的基礎。

1903年，萊特兄弟著手建造萊特飛行器，機體結構主要採用北美雲杉作為直線構件（如翼梁），並以白蜡树製作彎曲部件（如翼肋）。機翼採用1/20的弧度設計，翼面覆以100%棉質平紋細布，商品名為「西方的驕傲」，原本是一種用於女性內衣的布料。其經線密度為每吋107根，緯線密度為每吋102根，總線密度達209根。

由於市面上缺乏符合需求的輕量化汽油引擎，萊特兄弟遂委託其僱員查理·泰勒從零開始設計一具全新的發動機。該引擎輸出約12馬力（9千瓦），重量180磅（82公斤），並配備一個容量為1美製加侖（3.8公升）的燃油箱。動力經由借鑒自行車技術的鏈條驅動（英语：Chain_drive）系統，傳送至兩具手工製作的螺旋槳。為抵消力矩對操縱的影響，其中一條傳動鏈被交叉配置，使兩具螺旋槳以相反方向旋轉。

根據泰勒的回憶：

他們設計了四個氣缸，估計缸徑和衝程為四英寸。製造這個引擎花了六週。完成的引擎重180磅，在每分鐘1025轉時能產生12馬力。第一台引擎的機體是鑄鋁製成的，透過車床鑽孔來安裝獨立汽缸。活塞是鑄鐵製成的，並且經過加工和開槽以安裝活塞環，活塞環也是由鑄鐵製成的。一加侖的油箱懸掛在機翼支柱上，汽油透過重力透過一根管子輸送到引擎。燃油閥是一個普通的煤氣燈旋塞。沒有我們今天所知的化油器，燃油被輸送到進氣歧管的淺室（英语：Petcock）。沒有火星塞，火花是透過在燃燒室內打開和關閉兩個接觸點產生的。乾電池用於啟動發動機，然後切換到從代頓電氣公司（英语：Dayton Electric）購買的磁電機。飛機上沒有電池。幾段傳聲筒（英语：Speaking tube）被用在散熱器中。在將引擎裝箱運送到基蒂霍克之前，進行了封閉測試。

長度8.5英尺（2.6公尺）的螺旋槳，係根據兄弟倆風洞實驗所得的第九號翼型設計，旨在於不同攻角下提供最佳「滑翔角」。螺旋槳透過印第安納波利斯鏈條公司的鏈條與引擎連接，其鏈輪減速比為23比8。威爾伯計算得出，轉速較低的螺旋槳能產生更大的推力，而兩具低速螺旋槳的效率亦優於單一高速螺旋槳。螺旋槳由三層雲杉木板層壓製成，末端覆以鴨帆布，整體塗覆鋁漆以保護木材^{: 178–186}。

1903年11月5日，萊特兄弟在基蒂霍克首次測試萊特飛行器的發動機，但在調校過程中，螺旋槳的輪轂（英语：Spinner_(aeronautics)）鬆脫。驅動軸被送回代頓修復，並於11月20日返還，卻發現其中一根螺旋槳軸出現細微裂縫。奧維爾於11月30日返回代頓，製作新的彈簧鋼軸（英语：Spring steel）。12月12日，兄弟倆將新軸安裝於飛行器上，並在其60英尺（18公尺）的發射軌道系統（英语：Dolly_(trailer)）上進行測試。該系統包含一具帶輪的發射滑車。奧維爾事後回憶：

我們設計的螺旋槳在每分鐘330轉（發動機約950轉）時可提供90磅（41公斤）的推力，我們認為這正是重630磅（290公斤）的飛行器所需的推力。

實際測試中，螺旋槳轉速達到每分鐘351轉，推力為132磅（60公斤），足以推動重量約700磅（320公斤）的飛行器起飛^{: 194–201}。

萊特飛行器採用鴨式雙翼佈局，翼展40英尺4英寸（12.29公尺），彎度為1/20，翼面積510平方英尺（47平方公尺），全長21英尺1英寸（6.43公尺）。由於引擎比奧維爾或威爾伯重30至40磅（14至18公斤），右翼因此比左翼長4英吋（10公分）以維持平衡。無人駕駛時，飛行器重605磅（274公斤）。如同早期滑翔機，飛行員需俯臥於下翼上，頭部朝向機首，以減少空氣阻力。飛行員位於機體中心線左側，引擎則置於右側。操縱方式係透過移動臀部所接觸的搖籃裝置，牽引鋼索使機翼變形，同時帶動方向舵轉動，實現協調飛行；左手控制升降舵桿，右手扶持支柱以保持穩定。萊特飛行器的「跑道」是一條由2×4木條構成、長60英尺（18公尺）的軌道，兄弟倆稱之為「交匯鐵路」。飛機的滑橇置於一具發射滑車上，滑車由一塊6英尺（1.8公尺）長的木板與帶輪的木製底座構成。兩個串聯滾珠軸承輪取自自行車輪轂。當發動機運轉、螺旋槳旋轉時，一條約束鋼絲會將飛行器固定於軌道上，直至飛行員準備起飛並予以釋放^{: 202–204}。

飛行器上配備三項基本儀器：一具維德發動機轉速記錄器，用以測量螺旋槳轉數；一只秒錶，用於記錄飛行時間；以及一具理查德手持風速計，安裝於前方中央支柱上，以公尺為單位記錄飛行距離^: 213。

飛行試驗

返回基蒂霍克後，萊特兄弟於1903年完成飛行器的最終組裝，並同時利用前一年所製作的1902年滑翔機進行操縱練習。至12月14日，他們認為已具備進行首次動力飛行的條件。在附近美國救生服務中心（英语：United_States_Life-Saving_Service）工作人員的協助下，眾人將飛行器與發射軌道搬運至鄰近的屠魔崗斜坡，計畫藉由坡度所產生的重力輔助起飛。兄弟倆以拋硬幣方式決定首位駕駛者，結果由威爾伯取得先機。然而，飛機離開軌道後，威爾伯過於急促地拉升機首，導致飛行器失速，在飛行105英尺（32公尺）、歷時3.5秒後墜落，所幸損傷有限。

首次嘗試失敗後，修復工作耗時三日。12月17日，他們再次準備就緒時，現場平均風速已超過每小時20英里（32公里）。因此，兄弟倆改將發射軌道設於平地，面向迎風方向，靠近營地的位置，使飛行器藉由迎面強風獲得足夠的空氣速度起飛，而不再依賴斜坡。由於威爾伯已先行嘗試，這次改由奧維爾操控。他的首次飛行持續12秒，飛行距離為120英尺（37公尺），甚至比波音747的翼展還短。當日，萊特兄弟輪流進行了四次短暫的低空飛行。這些飛行路徑大致為直線，尚未嘗試轉彎操作，每次皆以顛簸或意外著陸告終。第四次、也是當日最長的一次飛行由威爾伯完成，飛行距離達852英尺（260公尺），歷時59秒，明顯超過前三次分別為120、175與200英尺（37、53與61公尺），用時12、12與15秒的紀錄。第四次降落時，前部升降舵支架受損，兄弟倆原本計畫修復後嘗試一次飛往基蒂霍克村、距離約四英里（6公里）的飛行。不久後，一陣突如其來的強風將飛行器翻滾並造成嚴重毀損，使其無法迅速修復；該機自此再未升空。

1904年，萊特兄弟持續改進設計與飛行技術，目標是實現完全可控的飛行。他們首先在1904年以萊特飛行器二號（英语：Wright Flyer II）取得重要進展，並於1905年以萊特飛行器三號（英语：Wright Flyer III）達成更具決定性的突破。1905年10月5日，威爾伯完成一次長達39分鐘、航程24英里（39公里）的無間斷環繞飛行。

影響

萊特飛行器系列是首批成功實現「可受控、重於空氣動力飛行」的飛機。然而，萊特兄弟為達成此一目標所採用的部分機械技術，並未在後續航空發展中成為主流，儘管其理論層面的突破具有深遠影響。萊特飛行器依賴駕駛員座椅下方的髖部固定器來操控機翼彎曲，並以設於機首的前平尾（即「鴨翼」）進行縱向控制；這些設計在結構上不利於擴展，亦使飛行器難以操縱，因而未被後世普遍沿用。萊特兄弟開創性地透過翼尖扭轉來實現「萊橫滾控制（英语：Flight_dynamics）」，這一概念促使後來的設計者如格倫·柯蒂斯與亨利·法爾曼（英语：Henri Farman）改以更為實用的副翼系統來達成同樣的控制目的。

萊特兄弟最初提出「橫滾與偏航協調控制」的構想，係透過後方方向舵的偏轉來實現。此一原理於1902年被確立，並在1903年至1905年間逐步完善，最終於1906年申請專利。這種控制方式為「可受控飛行」提供了關鍵解答，至今幾乎所有固定翼飛機皆沿用其基本原理。萊特兄弟的專利內容亦涵蓋以鉸接式控制面取代翼彎曲，應用於前平尾與後方方向舵。促成飛行成功的其他要素，尚包括高效率的機翼與螺旋槳設計，這些成果來自其嚴謹的風洞實驗與早期自製發動機所提供的邊際動力；相對低速的飛行特性（使事故後的生還率較高）；以及循序漸進的測試與開發方法。飛機設計的未來，最終走向剛性機翼、副翼與後方控制面的組合。值得注意的是，1868年於英國取得的副翼技術專利，在20世紀初顯然已完全被遺忘。

萊特兄弟於1904年1月向媒體發布聲明，並在同年5月進行一次失敗的公開展示後，便暫停對外宣傳其研究成果。當時媒體普遍認為，其他飛行員，尤其是亞伯托·桑托斯·杜蒙，早在多年以前便已超越他們。直至1908年8月8日，兄弟倆在法國成功完成示範飛行後，才重新被公認為航空先驅，並獲得廣泛媒體報導。

1909年，萊特軍用飛行器A型（英语：Wright_Model_A）在成功通過測試後，成為世界上第一架軍用飛機，測試於1909年6月3日進行。該機隨後由軍方購買，雖未投入實戰，卻用於訓練飛行員。1911年，該機捐贈予史密森尼學會，並於國家航空航天博物館的早期飛行展覽中展出。萊特兄弟亦生產改良型的萊特B型（英语：Wright_Model_B），該型機以較大數量服役於軍方，「用於訓練飛行員與進行空中實驗」，並包含對「瞄準器與投彈裝置」的測試。

萊特兄弟理解專利對飛行控制技術的重要性，並取得多項美國專利，試圖掌握航空器基本空氣動力控制權。相關爭議隨後在美國與歐洲法院間展開激烈攻防。歐洲設計師幾乎未受訴訟影響，得以持續發展各自的技術路線；反觀美國，這場法律戰對新生的航空工業造成沉重打擊。甚至在1917年美國加入第一次世界大戰時，全國「僅有六架[美國製造的]飛機與十四名受過訓練的飛行員」。這些數字雖在隨後數年間大幅增加，但在戰爭期間，美國飛行員所駕駛的戰鬥機，皆為歐洲設計並製造。

穩定性

萊特飛行器最初被構想為一種可操控的鴨式佈局（canard）飛機，因為萊特兄弟將「操縱能力」置於「穩定性」之上。然而，實際飛行經驗很快顯示，這種設計極度不穩定，幾乎難以駕馭。在代頓附近的飛行測試中，兄弟倆逐漸意識到這一問題，並嘗試透過在機首增加重量、將重心向前移動的方式，以減輕俯仰方向上的不穩定性。 然而，萊特兄弟當時尚未掌握鴨式佈局所涉及的基本俯仰穩定性原理。航空工程專家 F. E. C. Culick 指出：「當時飛行力學理論與理解的普遍落後，對他們形成了阻礙……事實上，他們知識中最嚴重的缺陷，或許正是在選擇鴨式佈局時所犯下的無意錯誤。」航空作家哈里·孔姆斯（Harry Combs）亦指出，萊特兄弟的設計採用了「平衡式」前平尾，其可動面在鉸鍊或旋轉軸兩側等距延伸，與「追蹤式」配置形成對比；後者在飛行過程中更有助於增強操縱性與穩定性。

奧維爾·萊特對他們稱之為「前方舵」的平尾寫道：“我發現前舵的控制非常困難，因為它的平衡點太靠近中心，一旦啟動就有自轉的傾向，導致舵頭在一側轉動太遠，然後在另一側也轉動太遠。因此，這些早期的飛行受到了過度控制的困擾。^{: 103, 214–215}

保存過程

萊特飛行器完成首次飛行後，萊特兄弟返回代頓度過聖誕節。儘管他們隨後放棄了其他滑翔機計畫，但已意識到這架飛行器具有無可取代的歷史價值。兄弟倆將嚴重受損的飛行器運回代頓，封存於萊特公司一間棚屋後方的木箱中，前後存放達九年之久。1913年3月，代頓遭逢代頓大洪水（英语：Great_Dayton_Flood），該飛行器一度被泥水掩埋長達11天。

1948年，查理·泰勒在一篇文章中提及，萊特兄弟一度幾乎決定將這架飛機銷毀。1912年初，萊特兄弟展覽隊經理羅伊·克納本舒（英语：A._Roy_Knabenshue）曾向威爾伯詢問他們對飛行器的處置計畫；威爾伯表示，他們很可能會像對待1904年的機器那樣將其銷毀。泰勒指出，正是克納本舒說服威爾伯，應將這架飛行器保留下來。

1910年，萊特兄弟曾提議將該飛行器捐贈予史密森尼學會作為展品，但遭婉拒，對方僅表示願意收藏兄弟倆的其他航空器物。1912年威爾伯去世後，奧維爾於1916年將飛行器自存放處取出，並為其在麻省理工学院展出進行初步修復。他更換了部分機翼蒙布、螺旋槳，以及引擎的曲軸箱、曲軸與飛輪。原始發動機的曲軸箱、曲軸與飛輪曾於1906年送往紐約的美國航空俱樂部展出，之後未能歸還萊特兄弟；目前在莱特兄弟国家纪念馆遊客中心展出的複製曲軸箱，正是當年修復工程的一部分成果。

史密森尼學會辯論

在與史密森尼學會的長期爭議中，該學會及其時任秘書查爾斯·沃爾科特（英语：Charles_Doolittle_Walcott）拒絕承認萊特兄弟是首位成功完成「動力驅動、可受控制飛行」的人。相反地，學會選擇向前任秘書塞缪尔·兰利致敬，儘管蘭利於1903年在波托马克河進行的「飛機場號（英语：Langley_Aerodrome）」試驗並未成功。沃爾科特與蘭利私交甚篤，並希望為其在航空史上的地位「恢復名譽」。1914年，格倫·柯蒂斯在與萊特兄弟的專利侵權訴訟中歷經上訴程序而陷入僵局，遂試圖以證明蘭利的機器具備受控載人飛行能力，來動搖萊特兄弟廣泛專利的法律基礎。史密森尼學會因此將「飛機場號」自展覽中撤下，並運往紐約州凱尤卡湖（英语：Keuka_Lake）準備重新試飛。柯蒂斯將相關準備稱為「修復」，聲稱僅為其加裝浮筒以利於湖面測試；然而，包括專利律師格里菲斯·布魯爾在內的批評者指出，這些作法已構成對原始設計的實質改動。最終，柯蒂斯親自駕駛改裝後的「飛機場號」，但該機每次僅能在水面上短暫跳躍數英尺，飛行時間約為5秒。

1916年至1928年間，奧維爾在萊特公司技工吉姆·雅各布斯的監督下，多次為萊特飛行器進行整備與組裝，以供展覽之用。該機先後於1916年在麻省理工学院短暫展出，1917年與1919年於紐約航空展亮相，1918年於俄亥俄州代頓市的国际汽车工程师学会年會中展出，並於1924年在代頓舉行的全國航空比賽（英语：National_Air_Races）中公開展示。

1925年，奧維爾試圖透過警告史密森尼學會，表示如果學會不承認他和威爾伯的成就，他將會把萊特飛行器送到倫敦科學博物館展出。但這項威脅沒有達到預期效果。1928年1月28日，奧維爾將萊特飛行器運送到倫敦，並在那裡展出，處於「最高榮譽的位置」，第二次世界大戰期間，萊特飛行器被移動到距離科舍姆100英里（160公里）的地下儲存設施。

1925年，奧維爾向史密森尼學會提出警告，表示若學會仍不承認他與威爾伯的歷史成就，將把萊特飛行器送往倫敦科學博物館展出；然而，此舉並未立即改變學會立場。1928年1月28日，奧維爾將萊特飛行器運往倫敦，並在當地以「最高榮譽的位置」展出。第二次世界大戰期間，飛行器被轉移至距離科舍姆約100英里（160公里）的地下設施保存。1942年，在新任秘書查尔斯·格里利·阿博特領導下，史密森尼學會公布了一份清單，列舉柯蒂斯對「飛機場號」所作的35項改動，並正式撤回過去關於該機性能的主張。阿博特同時提出四項「遺憾」，包括：學會未能在專利訴訟中支持萊特兄弟、錯誤傳播萊特飛行器首次飛行後的改動資訊，以及長期公開宣稱「第一架能夠自由、持續飛行的飛機」屬於蘭利。史密森尼學會1942年年度報告以如下聲明開篇：「廣泛認可，萊特兄弟於1903年12月17日在北卡羅來納州基蒂霍克首次駕駛比空氣重的機器，完成持續飛行。」並承諾：「若萊特博士決定寄存該飛機……它將獲得其應得的最高榮譽位置。」

翌年，奧維爾在與阿博特多次通信後，同意將萊特飛行器送回美國；在複製品完成前，原機仍留於倫敦科學博物館展出。史密森尼學會立場轉變的同時，也伴隨爭議，飛行器係在數項合約條件下轉交，其中一條明文規定：

史密森尼學會或其繼任者，以及史密森尼學會或其繼任者為美國政府管理的任何博物館或其他機構、局或設施，不得發布或允許顯示任何聲明或標籤，涉及或關於任何早於1903年萊特飛機的飛行器模型或設計，宣稱此類飛行器實際上能夠在受控飛行中載人飛行。

1948年10月18日，萊特飛行器正式移交予美國民航空軍官員利文斯頓·L·薩特思韋特。 出席儀式者包括英國多個飛行組織代表，以及阿利奧特·弗頓-羅（英语：Alliott_Verdon_Roe）爵士等航空先驅。

1948年11月11日，萊特飛行器隨1,111名乘客一同搭乘茅利塔尼亞號（1938年）（英语：RMS_Mauretania_(1938)）抵達北美洲。 客輪停靠新斯科細亞省哈利法克斯後，史密森尼國家航空博物館的保羅·E·加伯（英语：Paul_E._Garber）接收飛行器並主持後續程序，監督其轉運至美國海軍航空母艦帛琉號（英语：USS_Palau），經紐約港遣返回國，隨後再以平板卡車運至華盛頓。在哈利法克斯期間，加伯亦會晤時任新斯科細亞省副省長約翰·A·D·麥卡迪（英语：John_Alexander_Douglas_McCurdy）。麥卡迪年輕時曾是亞歷山大·格拉漢姆·貝爾「空中試驗協會（英语：Aerial_Experiment_Association）」的成員之一，該團隊亦包括格倫·柯蒂斯，後來成為著名航空先驅。兩人回顧了早期航空時代與萊特兄弟的故事，麥卡迪並表示願為飛行器返國提供一切必要協助。

典藏

1982年修復前