美国军机结构变迁史（1）

​​人们一直都说军用飞机是率先应用革命性设计的产品，但实际情况可能并不完全如此——事实上军用飞机在历史上最先被革命的是它们的机身结构工艺，它们往往是最先应用新型结构工艺的产品。设计者们之所以愿意这样做，是因为他们认为新的结构工艺会让飞机的结构寿命、强度和抗损性更好，同时结构重量还能变得更轻。而这些恰恰是军用飞机与民用飞机最大的不同所在。

飞机结构材料的变迁是一个非常有趣的话题。上世纪30年代，C-47（DC-3）采用的还是铝合金蒙皮的半硬壳结构，而到了90年代，B-2的飞翼已经采用了37%的双结构载荷路径复合材料，V-22“鱼鹰”的复合材料用量更是达到了42%。

说起半硬壳复合结构（木制）机身，那可以追溯到美国洛克希德公司1927年推出的“织女星”（Vega）。这种飞机的结构设计源于马尔科姆（Malcom）和阿兰-洛克希德（Allan Loughead/Lockheed）、诺斯洛普（J Northrop）和斯塔德曼（T Stadlman）的专利（专利号1425113），诺思罗普是这项技术的主要设计者。

“织女星”创造过航空史上的伟大纪录：1930年，维利-波斯特（Wiley Post）驾驶它赢得了洛杉矶-芝加哥全国飞行竞赛冠军；1933年波斯特又驾驶它首次实现了单人驾机环球飞行；1932年，美国飞行女侠艾米莉亚-埃尔哈特驾驶“织女星”成为首个单人飞越大西洋的女性。但多数人可能会忽视的是，“织女星”所采用的半硬壳结构也创造了历史。这种飞机的结构十分独特，是利用特制的模具将云杉条粘接在一起，模具外框为混凝土预制件，内部配合充气式橡胶囊，可以对内部的云杉框架施加适当的紧固力。构成“织女星”的机体机构分为三层，中间一层是按照圆周方向排布的0.06英寸（约1.5毫米）厚杉木条，内外各敷设一层沿长度方向布置的0.04英寸（约1毫米）厚的杉木条。这种结构强度较好，可以很大程度上降低隔框的厚度和尺寸。

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硬壳结构的出现，要感谢一位叫做的路易-比彻（Louis Bechereu）的法国人——他在1912年为德珀杜辛（Le Monocoque Deperdussin）单翼机制造机身时，率先采用了一种新方法，他利用模具将三层0.06英寸厚的郁金香木粘接在一起，第一层纵向铺设，第二层按顺时针螺旋铺设，第三层逆时针螺旋铺设。有人认为全木硬壳结构是瑞士人在1911年设计的，但该结构直到1912年才得以在德珀杜辛上应用。此后这种方法在欧洲扩展开来，德国信天翁公司从1916年起开始制造三层木板胶合的硬壳式机身。后来，经过仔细研究德国信天翁D.Va双翼机的结构，洛克希德公司开始借鉴这种结构方式。最终1918年诺思罗普在制造洛克希德S-1型运动机时首次采用了利用模具粘接的复合层板机身。

在一个相当长的历史时期，木材始终是飞机制造的重要材料，虽然金属已经逐渐进入飞机制造领域，这其中有一个不难理解的重要原因：木材属于非战略物资，其“储量”和获得远比金属容易。二战期间英国德哈维兰公司出品的“蚊”式飞机就是云杉和轻木制造的半硬壳式经典之作。直到战后，德哈维兰仍然在继续制造木制飞机。

1930年，诺思罗普公司开始采用铆接铝材来制造“阿尔法”（Alpha）飞机。该机的机身采用平头铆钉铆接的铝制半硬壳结构，翼盒采用硬化铝蒙皮，蒙皮铆接在抗剪切力腹板上，这样在就不再需要大量隔断式的肋板，使得机翼结构重量显着降低。诺思罗普的铆接铝设计把机翼蒙皮作为承力结构的一部分，可以抵抗弯曲、挤压和拉伸负载。这种结构也被应用于诺思罗普的“德尔塔”（Delta）和“伽马”（Gamma）两种飞机。该设计经过小幅改进后，又被用于道格拉斯DC-1、DC-2和DC-3等飞机。（未完待续）

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