那个教我们"如何把飞机拆得更彻底"的试飞员,让飞机更安全
莱特兄弟1903年起飞后的几年里,飞机的设计方式被NASA历史称为“一种直观、大胆的经验工程,充其量与空气动力学或结构完整性理论松散关联”。
飞机制造商对如何模拟地面飞行有一些想法,但这些都是粗糙的近似,缺乏相似性和可行性的概念(这也是实用性和可重复性的衡量标准)。
在坠毁声和熊熊烈焰中,人们常常对飞机不够坚固的评价。20世纪20年代,美国航空邮政服务(民用航空最早的实用应用之一)飞行员的预期寿命为四年,而该服务在最初十年内失去了前40名飞行员中的31人因坠机事故。
问题很大程度上在于人类飞行技术太新颖,没人能完全回答测试中第一个、最根本的问题:产品将面临什么,可能会如何失败?
幸运的是,美国陆军允许吉米·杜立特暂停试飞员的工作,帮助他解决问题。多亏了令人尴尬的剧本和亚历克·鲍德温夸张的演绎,任何看过2001年《珍珠港》的人可能会认为杜立德是个沙文主义的飞行员,说着“胜利属于那些最相信它、相信它最久的人......我们要让美国相信。”真正的杜立德不仅是一位大胆且有天赋的飞行员,更是个顽皮捣蛋鬼和顶尖航空头脑,努力将飞机合理化成可以被了解、预测和评判的东西。
一个可以被测试的东西。
杜利特尔身材矮小但凶猛,大学时是拳击冠军,热衷于杂技(尤其喜欢翻滚),也是20世纪初众多飞行爱好者之一。他少年时期用树枝和布料自制滑翔机,但每次都摔坏。
有一次,他把自己绑在朋友的车上以加速起飞,结果被拖着沿路而下。他的自传,我再也不会这么幸运了(1991年),其中包含了大量故事,结尾是他从一架坠毁的飞机上爬出来,竟然毫发无伤,却被上级训斥。
在一个典型的故事中,他曾看到两名士兵走在基地的路上,便“吓吓他们”,飞过他们头顶几英尺。他判断错误,用起落架擦到了其中一人。
他因担心自己杀了无辜者而分心,撞上了带刺铁丝网。不知怎的,大家都安然无恙。
在第一次世界大战期间担任飞行教官后,杜立特留在军队,开始做试飞员。他在短距离和长距离赛车方面屡获殊荣,成为首位在24小时内完成跨国飞行,随后又不到12小时的人。
当柯蒂斯-赖特飞机公司雇他前往南美,为其新型P-1鹰式追击机推销飞行员时,杜立特在圣地亚哥的第一晚喝了皮斯科酸酒(“一种令人愉快且强劲的饮品”),并决定在窗台上做杂技表演来给主人留下深刻印象。
当砂岩在他脚下崩塌时,杜立特从两层楼高坠落,双脚踝骨折。他毫不气馁,准备了一双自力带,让自己操作飞机方向舵,让别人把他抱进驾驶舱,成功展示了鹰式的实力。
1924年,在朋友埃迪·奥尔德林(宇航员巴兹的父亲)的建议下,杜立特获得了两年军队特许,前往麻省理工学院新成立的航空工程项目攻读硕士学位。
在他的论文中,杜立德探讨了他所称的“飞行之谜之一”:飞机能承受多少压力而不解体。换句话说,就是载荷因子,即飞机升力能力与重量的比值。
当时,这种强度测试大多在地面进行,通常是在机翼和尾翼堆积沙袋直到断裂。这比那些把松散沙子撒到飞机上并用耙子推入飞机的做法要好得多——即便如此,也比航空先驱托马斯·索普威斯等人要好,后者在早期飞机上试飞前根本不做这种应力测试。
(他活到了101级。)杜立德认为他有更好的方法来确定飞机能承受的载荷。他制定了自己的飞行训练计划,并进行了空军历史学家理查德·P·哈利恩称之为“有史以来首次对机动飞行中结构载荷进行重大检查”的项目。
杜立特为一架福克PW-7战斗机安装了加速度计,以追踪载荷因子,单位为g力。然后他通过执行环形、桶滚、弹簧滚转、旋转、螺旋和180度转向,逐步施加更大的力量。
他倒挂飞行,从俯冲中拉起。杜立特在自传中写道:“让整个努力值得的是,我确切发现福克飞机在200英里/小时俯冲时几乎解体,能承受多大阻力。”当上翼裂开时,加速度计显示7.8g,反驳了福克声称其飞机能承受8.5载荷系数的说法。
杜立特尔拿到了学位,并将论文转化为一份报告,成为航空领域的里程碑。
21世纪的飞行工程师可能会对此类测试的相似性和可行性提出质疑。未来的PW-7飞行员将面临杜立特未尝试的各种条件,杜利特也未尝试设计他或他人能重复的工艺。
但在他的工作中——将产品推至极限并精确测量性能——我们可以看到现代试飞计划的前身,甚至包括777机翼的裂纹。
本文刊登于大思考.