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前言
1918年4月21日，那场“结束一切战争的战争”还有几个月就要结束了。一架英军索普威思的“骆驼”式双翼战斗机歪歪倒倒地在索姆河上空狂奔。驾驶员是技术生疏的加拿大菜鸟飞行员威尔弗里德·梅。“骆驼”是一架对新手很不友好的飞机，它装备的星形风冷发动机是转缸式，运转时几个汽缸会和螺旋桨一起高速旋转，这么大的转动质量形成强大的扭矩，必须不时调整副翼才能稳定地飞行，收获的好处是一旦做出机动动作飞机的反应也非常灵敏，但梅显然还不具备利用这个优点的技术。
“骆驼”的转缸发动机对新手不友好
梅的身后紧紧咬着一架同样装备转缸发动机的全身鲜红三翼机，机舱里正是令协约国所有飞行员闻风丧胆的“红男爵”曼弗雷德·冯·里希特霍芬本尊！这位神色忧郁的金发青年不仅是80架战绩的世界头号王牌，还是JG1联队的指挥官，而且还全面参与了新型战斗机的设计。这架红得如同鲜血染过的福克Dr.1三翼机就有他有很大功劳。梅糟糕的飞行技术给里希特霍芬造成了一些麻烦，他正在仔细瞄准的时候，忽然发现另一架“骆驼”出现在身后，于是他回头过去望了一眼。
鲜红的福克Dr.1在一战时家喻户晓
历史就在这一刻定格，后面赶来的加拿大飞行员布朗远远地开了火。“红男爵”的座机忽然抖动起来，随即向下方脱离。“红男爵”勉强控制着飞机在澳大利亚控制的地区着陆就死去了——一颗机枪子弹击穿了他的左胸，一代最耀眼的空战明星就此陨落。鲜红的福克三翼机被一拥而上的澳大利亚士后拆成碎片一抢而空以留作纪念。“红男爵”的遗体被敌国以全套军礼下葬，6名上尉为之扶棺，仪仗队向空中鸣枪。
英澳士兵瓜分了“红男爵”座机当成纪念品
是布朗击落了“红男爵”吗？起初的结论的确是这样，但布朗当时离“红男爵”还很远，不太可能击中。而澳大利亚部队提出他们也在朝空中开火，用的子弹和“骆驼”战斗机上的一样。许多专家认为澳大利亚第24机枪连的锡德里克·波普金中士应该获得这一荣誉。但近年来的研究表明是另一位澳大利亚士兵的战果。“红男爵”之死可能会成为一个永远的谜，但是那架被拆散的福克Dr.1战斗机成为日后最出名的一战时期的战斗机，鲜红色的三层机翼具备极高辨识度。
鲜红的福克Dr.1成为一战知名度最高的战斗机
多一些机翼
其实一战的三翼战斗机还是英国人先研制出来的——索普威斯在推出“骆驼”之前就有三层机翼的战斗机，而福克Dr.1也正是受了英国飞机的启发。双翼、三翼机究竟有些什么样的特点呢？我们还是先看看飞机的升力公式吧，有些枯燥，而且近年来还做了重大修订，不喜欢的可以跳过这段：
L（升力）=ρVΓ（气体密度×流速×环量值）
这里面涉及到库塔条件（绕翼环量）、传统的伯努利定理、流体的连续性定理……这里不再展开了，我们可以简单地认为：机翼产生的升力与机翼面积近似成正比，即面积越大升力就越大。升力还与速度的平方近似成正比，即速度增加2倍而升力增加4倍。
升力的计算其实很复杂，低速飞机是可以简化
从这里可以看出来，对飞机升力贡献较大的是飞机的速度。但是，早期飞机的发动机实在不够给力，飞机的速度提不起来。莱特兄弟的“飞行者一号”的发动机仅仅12马力，还不如现在的一辆摩托车，速度也只有11公里每小时。这样低的速度产生的升力实在太小，怎么办呢？
双层机翼完美解决了翼面积和强度之间的矛盾
增加机翼面积是个好办法！增加面积不能把机翼做成接近正方形，那样阻力太大，只能做成细长的形状也就是加大机翼的展弦比（翼展和弦长之比）。可那个时候的材料强度也不够，如果把机翼做得太过细长就容易折断，于是莱特兄弟采用了双翼结构——让两层机翼重叠在一起，解决了这个问题。在双层机翼的加持下，人类第一次依靠动力离开地面！
离开地面！
双层机翼让整个机翼形成了一个盒状结构，还大大增加了机翼的整体强度。航空技术大发展的早期，为了获得足够的升力，双层乃至多个机翼的设计简直是五花八门，这正是那个时代的飞机外观奇形怪状的根本原因！直到30年代很多国家的空军都还被民众称为“马戏团”，参见本文开始的视频。最夸张的是有人甚至在飞机上装了上百个小小的机翼！而最有名的是意大利设计师卡普罗尼，宫崎峻的电影《起风了》里面就有他的代表作，大型飞艇上装了9个硕大的机翼，蔚为壮观。
《风起了》里9翼的大型水上飞机
盛极而衰
光怪陆离的飞机外观大赛随着材料、动力、流体力学、制造技术的发展慢慢结束，到一战时期基本统一成了双翼机。然而一战时期战斗机空战都是贴身格斗，发动机功率也弱，“红男爵”的福克Dr.1也只有110马力，速度也只有185公里每小时。为了在格斗中取胜，爬升率是重要指标之一。看多了现代战斗机的飞行表演，可能不少人认为飞机的爬升是象F-22那样的“旱地拔葱”，其实那主要依靠澎湃的动力，推重比超过1。而实际上
一战时动力孱弱，飞机是以很小的坡度、近乎平飞的姿态一点点升上空中的。
F-22是靠动力爬升，一战的飞机远远做不到这一点
所以一战时战斗机爬升率主要靠机翼升力，当然翼面积就非常重要。索普威斯首先推出了三层机翼的战斗机，但综合性能并不好，却启发了德国对手。在里希特霍芬的建议下，福克立刻造出了自己的三翼战斗机福克Dr.1，爬升性能相当优秀。Dr.1甚至在起落架之间都加上了一块小小的翼面，不遗余力地增加升力。采用三翼结构后，Dr.1还适当减小了翼展，
滚转性能也获得了很大的改善，成为一架爬升、转弯性能都很出色的战斗机。
三层机翼赋于Dr.1优异的爬升和滚转性能
不过Dr.1虽然以少见的三层翼红极一时，但仍然有临时过渡型的意思——就在“红男爵”陨落的第二天，他参与设计及试飞的福克公司的终极力作D-VII战斗机抵达了JG1联队 。它的动力比三翼Dr.1高出50%以上，于是又回归了双翼架构，创造性的取消了翼间的张线只保留支柱，阻力因此大减。D-VII的速度、加速、爬升性能全面优于以往的任何对手，成为一次大战最好的战斗机。以至于一战结束后《凡尔赛条约》专门要求德国交出所有D-VII型战斗机！
福克的终极作品回归了双翼构型，没有张线，不过也没有挽回败局
此后直到二战前，双翼机仍然是各国航空部队的主力。这期间人们对双翼机进行了一些优化：材料技术的进步使得飞机可以尽可能减少两翼间的张线和支柱，以减少阻力。此外，许多设计师，发现双层机翼之间存在干扰，于是有意让上下机翼错开一些。代表作如苏联的I-207，减阻优化在双翼机中几乎做到了极致。事实上如果让上层机翼靠后而下层在前，可能防止翼间干扰的效果会更好一些，不过这种布局只出现在二战以后的运动飞机上。
夭折的I-207，几乎到了可以拿掉上层机翼变成单翼的地步
到30年代末，航空发动机功率已经到达了1000马力级别。可以粗略估算一下推力：在典型的高度和速度下，通常发动机和螺旋桨的推力效率能达到4-5克每瓦。这里强调高度和速度，是因为推力效率受空气密度、来流速度影响较大，如果是在地面静止测试，实际上效率还会略高一些。折算下来1000马力动力系统优化后可以提供3吨以上的推力，足以让当时轻巧的战斗机依靠动力进行斜率很陡的爬升。飞机的速度也普遍超过400公里，很小的翼面积也能产生足够的升力，双翼机的升力优势显得多余，英国“角斗士”、意大利的CR.42等最后的双翼战斗机只在初期略做挣扎就被迅速淘汰。
“角斗士”双翼战斗机甚至有气泡式座舱，不过翼间还有张线
夹缝求生
较小的阻力、简单利落的结构，加上充沛的动力让单翼机从二战起一统天下，诞生了许许多多的经典，还催生了一批新型的机翼相关的技术：层流翼型、后掠翼、前掠翼、三角翼、翼身融合的升力体……不过，动力技术欠缺的国家在高空仍然遇到升力不足的问题——稀薄的空气导致活塞式发动机高空功率下降严重，机翼的升力也与空气密度负相关。好在这个时期材料技术、结构设计水平都有很大的提高，高空型战机一般采用大展弦比机翼来弥补升力不足。德国Ta152的翼展就比基本型的Fw190战斗机大出不少。
专注高空作战的Ta-152机翼明显较长
战后单翼机已经成为绝对主流。即使是U-2这种设计飞行高度在2万米以上机型，也是加大翼展就解决了问题。不过，前面提到过的双翼机能有效减小翼展，有效提高飞机的横滚速度，增加飞机的灵活性，因此在对速度要求不高的运动飞机市场上还占有一席之地，有不少高机动性的双翼表演机活跃在各大航展上。
双翼机的机动性和操作性都相当出色
战后逐步兴起鸭式布局给许多设计师新的启发：既然鸭式布局的前翼和主翼都能产生升力，那能不能加大前翼来获得更大的升力呢？和战斗机上鸭式前翼主要作用是配平不同，这种布局形成了水平串列式双翼，前后翼都产生较大升力，配平功能倒还在其次。串列式双翼布局特别受美国设计师鲁坦的喜受，推出多种串列式双翼飞机，包括他最著名的“环球旅行者一号”，在这架飞机完成世界首次不加油不着陆环球飞行的旅程中，极高升阻比的串列式双翼功不可没。这里还要再提一句意大利的卡普罗尼，他那架9翼的大型水上飞机早早就实现了抬式平衡，也应用了串列式主翼。
鲁坦的串列双翼机
鲁坦的飞机创下了不着陆、不加油环绕地球一周
淘金客曾经将串列式双翼用于无人机上，可以在尺寸（影响到无人机的便携性）、载重、起降距离等方面取得较好的平衡，用遥控器手动操作没有问题，但用飞控去控制无人机自动飞行时问题就来了：串列式双翼机和普通飞机、鸭式布局的控制律相差很远 ，用开源飞控来调试实在太麻烦。不过串列式的小翼展、大载重、短起降对于航空母舰的舰载机很有意义，美国DARPA（国防部高级计划局）曾主持研发过ATTT验证机，起飞距离推算仅300米，一度考虑过在航母上使用。
ATTT串列式双翼验证机
串列式布局归根结底还是一种平直翼飞机，不适应高速飞行，原因在拙作 。波音公司率先提出让串列式双翼机的前翼后掠、后翼前掠，前后翼的翼梢结合在一起形成“菱形翼”布局 。这种布局能兼顾低速下的高升阻比和高速下的低阻力；翼展尺寸也很小；而且前后翼连接后形成结实的框形结构，可以大大减轻结构重量；翼梢的连接处处理得好的话，还能起到翼梢小翼减小诱导阻力的作用，不过这种布局相比传统飞机改动很大，风险自然也很大，目前还在研发阶段。
波音公司设想的“菱形翼”飞机
结语
多翼飞机还在艰难地寻找生存空间之际，没想到墙外首先开花了——1998年美军为SDB（小直径炸弹）和JDAM（GPS制导的“联合直接攻击弹药”）招标增程组件时，马可尼公司拿出了“菱形翼”布局的“钻石背”组件，一举赢得了合同。“钻石背”组件可以方便地装到炸弹上，尺寸很小增重不多。一旦弹药发射后弹出的“菱形翼”能提供比传统单翼大得多的翼面积和升力，让炸弹滑翔很长的距离。模拟计算的结果，JDAM安装了“钻石背”后，在8000米高度以M0.8速度投放时，可以无动力滑翔接近100公里，超过很多早期的对地攻击导弹的射程！
“钻石背”能极大地增加炸弹的射程，保证载机的安全
“菱形翼”的“钻石背”套件效果如此之好，重量还很轻，成本也非常低廉。如果再给炸弹增加一个简单的火箭发动机，射程还能成倍增加。号称“摸着鹰酱过河”的我国空军也为制导炸弹研制了类似的滑翔组件，据悉性能更加优秀，射程超过130公里。更为惊人的是，新研发的大型高空长航时无人机“翔龙”，在全球范围内率先采用了“菱形翼”布局，大大缩小了翼展！
“翔龙”的“菱形翼”全球第一
淘金客说：机翼无疑是飞行器上最重要的部件之一，而多翼机的历史最早甚至可以追溯到我国的“蜈蚣”风筝。从早期的双翼、多翼，到如今的单翼、串列双翼、菱形翼……机翼数量的演化历史见证了航空技术的大发展，见证了飞机设计师们卓越的创造力，也为未来飞行器提供了更多的选择和方向。
史海漫游，淘尽黄沙终得金
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