譯者注：本文原文發表在1996年10月份出版的美國《空軍》雜志（AIR FORCE Magazine）上，原作者是沃爾特·博伊恩（Walter J. Boyne）。博伊恩之前擔任過華盛頓特區美國國家航空航天博物館的館長，也是一位退役的空軍上校和作家。他撰寫過600多篇航空方面的文章和40本與航空有關的書籍。譯文所配圖片有改動。
“機翼的變化貫穿著飛行的歷史。”
整體概述
長久以來，“翅膀”這一事物始終在緊緊地抓著人類的想象力。每一種人類文明中都有關于飛行的神話。盡管人類對飛行如此地迷戀，但直到19世紀，科學家們才開始使用精確的數學方法來計算能夠飛上天的機器的“翅膀”的最佳尺寸和形狀。1903年，奧維爾·萊特和威爾伯·萊特（譯者注：即著名的“萊特兄弟”）在他們的“飛行者”（Flyer）號飛機上采用了當時最好的翼型，這迫使他們的競爭對手們開始嘗試其他各種形狀、風格和尺寸的機翼，以避免侵犯萊特兄弟的專利權。有些人轉向了多翼機──三翼機、四翼機，甚至更多機翼的飛機；其他一些人則將機翼的形狀更改成了后掠翼、串翼（andem wing）、連接機翼（joined wing）和十字翼（cruciform wing）。
在這些機翼當中，絕大多數因為效率太低而難以起飛；有些機翼則能夠產生剛好足夠的升力，如果再配備有功率足夠強大的發動機的話，那么是能夠讓飛機在空中蹣跚地飛行的。而且，當時幾乎沒有幾種機翼能夠兼顧穩定性和效率。
當時的某些機翼的設計理念是截然對立的──要么采用非常低的展弦比（即機翼翼展和平均幾何弦長之比），要么采用非常高的展弦比；或者是要么采用一種純粹的翼型，要么采用升力體結構──不過，在任何一個極端上有時總是會涌現出成功之作。
從20世紀20年代到40年代，航空工程方面的進步導致了更有力、更復雜的機翼的出現，而且在這些機翼上采用了現在為我們所熟悉的增升裝置和現代化的空氣動力學剖面。盡管如此，機翼在翼展、安裝角和幾何形狀方面的改變仍在不斷涌現。對某些人來說，其最終的目標是取消除機翼之外其他所有的翼面，或者是取消全部或部分的機翼。
空氣動力學戲法
自20世紀40年代后期以來，空氣動力學方面的進展以越來越快的速度加速發展著，在結合了新的要求之后，現代工程學方法和材料打造出了全新的機翼結構。當時，精巧的增升裝置被安裝到了機翼的前緣和后緣上，以便在飛機著陸的過程中發揮作用，其中縫翼和襟翼可以像魔術師袖筒里的手帕那樣折疊起來。
機翼上的一些“副產品”已經變得相當復雜了。道格拉斯公司的C-47“笨鳥”（Gooney Bird）運輸機那厚厚的機翼可以讓飛行員永遠穿行過寒冷、潮濕的云層，用氣動除冰套除去凝結的冰塊（譯者注：除冰套安裝于飛機機翼前緣，由多層橡膠組成，內部有可以充氣膨脹的腔體，平時是薄薄的一層，緊貼在前緣表面，工作時充氣膨脹，撐裂前緣表面的積冰）；而一些現代化的機翼──如法國宇航/阿萊尼亞（Aerospatiale/Alenia）公司研發的ATR-42型飛機的機翼──的效率是如此之高，以至于即使是生成了很小的一塊冰也會發生致命的危險。
另一方面，隨著機翼的復雜性越來越高，有時偶爾也會讓人們回到早期發明家們提出的一些理念當中──這些理念在當時由于技術、機械甚至政治上的原因而沒能實現。由此，塞繆爾·皮爾龐特·蘭利（Samuel Pierpont Langley）那原本不成功的串翼（tandem wing）式設計在此期間受到了多年的重視，并且首先由法國人阿貝沙（Albessard）在其“Tri-avion”式戰斗機和“阿森納-達拉尼10”（Arsenal-Delanne 10）式戰斗機上實現了，最近伯特·魯坦（Burt Rutan）又在其“先進技術戰術運輸機”（Advanced Technology Tactical Transport，ATTT）上運用了這一翼型。
通過這種類似的方式，最偉大的回歸表現在了飛翼上。早在1901年，在萊特兄弟的滑翔機上飛翼這種翼型就表現得很好，而現在在美國密蘇里州懷特曼空軍基地的起飛線上又出現了最高級的飛翼──諾思羅普·格魯曼公司的B-2隱身轟炸機。
萊特兄弟后來又在他們的飛機上加裝了升降舵和方向舵，但仍采用了他們強力支持的雙翼構型。采用這種組合的機翼是一款設計上的杰作，實現了翼展、弦長和翼間距的平衡，無數其他設計師開始競相模仿；再加上他們對三軸控制需求的深刻理解，萊特兄弟為當時其他大多數航空發明家奠定了模式，可以說這些發明家當中幾乎沒有人不曾受到過“侵犯萊特兄弟的這一專利權”的困擾。
某些航空發明家，例如格倫·柯蒂斯（Glenn H. Curtiss）也采用了類似的雙翼平面布局，但他試圖通過使用副翼的方式來避開萊特兄弟的專利。其他航空發明者們則依賴于他們的直覺、他們的審美意識，或者是他們對復雜的機械解決方案的癡迷──他們希望以一種不同于萊特兄弟的方法踏上飛行之路。
威爾伯·萊特于1908年在法國勒芒（Le Mans）進行的成功展示打開了歐洲人想象力的閘門，并開創了一股創新設計的潮流。盡管這些創新設計中大部分都失敗了，但其中許多設計方案都預示了未來的發展趨勢。
洛克希德·馬丁公司的F-117“夜鷹”隱身戰斗機或老式的康維爾公司的F-102“三角劍”和F-106“三角標槍”截擊機所采用的低展弦比機翼在早期的許多飛機身上都有過體現，這一切始于1911年弗里克-賴尼希（Flick-Reinig）研發的“流星”（Apteroid）飛機，這款雙翼機的機翼沿著機身前后布置，而不是沿著機身垂線的方向上下布置，看上去就好像這架飛機是為了用鐵路車廂運輸而進行了包裝一樣。
緊隨其后，許多低展弦比的飛機紛紛涌現，包括1912年由麥考密克·羅姆（McCormick Romme）推出的“傘式飛機”（umbrella plane）。這款飛機是由當時年輕的錢斯·沃特（Chance Vought）設計的，它有一個不存在任何彎度的圓形機翼，外觀上就像是一套松散地拼接起來的遮陽篷。盡管如此，當為其裝上了一臺“土地神-羅納”（Gnome-Rh?ne）公司的動力澎拜的功率為50馬力的轉缸式航空發動機時，這款綽號為“甜甜圈”（doughnut）的飛機不僅成功地飛了起來，而且在其所停放的伊利諾伊州西塞羅（Cicero）市那處機場的上空進行了可控的飛行。
飛行薄餅
在接下來的歲月里，人們又嘗試了幾十款小展弦比的機翼，因為他們相信小展弦比飛機的一大固有特點是高升力。在這些嘗試性的機翼中，最成功的之一是由查爾斯·齊默爾曼（Charles H. Zimmerman）設計的。在其于1942年設計的沃特V-173“飛行薄餅”飛機中，齊默爾曼通過將來自非常龐大的螺旋槳的氣流引導到整個機翼面上的方式而進一步強化了“小展弦比”的設計理念。
沃特V-173由邦尼·蓋頓（Boone T. Guyton）、查爾斯·林德伯格（Charles A. Lindbergh）和納吉布·哈拉比（Najeeb E. Halaby）等人成功地駕駛著進行了試飛，并被發展成了外觀俏皮的沃特XF5U-1飛機──這是一款采用圓形平面機翼的海軍戰斗機。XF5U-1太激進了，而且在噴氣發動機面前顯得太過時了，最終該機在首飛之前就被拆解了。（譯者注：XF5U-1進行過地面滑行實驗，且在滑行的過程中短暫地“跳”了起來，但并未進行過真正的飛行）
低展弦比的機翼最終在三角翼設計中有了突出的表現，這些設計源自亞歷山大·李比希博士（Dr. Alexander M. Lippisch）的天才。李比希博士設計的第一架三角翼飛機于1931年飛上了天空，接著李比希博士又提出了一系列的創新設計，其中最著名的是世界上第一架三角翼火箭動力戰斗機──梅塞施密特Me 163“彗星”（Komet）截擊機。第二次世界大戰結束后，三角翼布局讓許多飛機獲得了優良的性能，包括造型美觀的康維爾B-58“盜賊”（Hustler）轟炸機，這是世界上第一架超音速轟炸機。采用過三角翼布局的外國飛機制造商包括達索、阿芙羅、費爾雷、薩博、圖波列夫設計局和米格設計局等。
在展弦比設計思想的另一個極端，取得成功看上去要更加容易──高展弦比的機翼無疑是有效的，并在滑翔機上得到了廣泛的運用。法國飛機制造商雷爾-杜布瓦（Hurel-Dubois）公司在20世紀40年代后期研發了擁有極高的展弦比、且采用支撐機翼（strut-braced-wing）的飛機，此舉進一步推動了高展弦比的設計理念。后來這種設計理念沉寂了許多年，直到肖特兄弟（Short Brothers）公司為美國空軍研發出了諸如C-23“雪帕”（Sherpa）運輸機等飛機后才再次煥發出了生機──但這也是其僅有的生機了。
到20世紀30年代，雖然全世界的大多數航空工程師們都在努力探究懸臂式下單翼全金屬飛機的共同特征，但一些設計師仍在堅持針對某些特定的問題而尋找非正統的解決方案。其中，俄裔工程師米哈伊爾·馬霍尼涅（Mikhail Makhonine）于1931年在法國設計的單翼飛機上嘗試了可變翼展機翼的理念──這款造型優美的飛機擁有可伸縮的外翼段，這使得其翼展能夠在43英尺（約13.1米）至69英尺（約21米）之間改變，其機翼面積也隨之在226平方英尺（約21平方米）至335平方英尺（約31.1平方米）之間改變。更大的翼展允許飛機以更大的重量起飛，而爬升到一定高度后，減小翼展則可以讓飛機的速度更快。
其他的發明家們也在用其非正統的設計方案來尋求安全。1931年，阿爾伯特·梅里爾（Albert A. Merrill）設計了一架可防止失速的雙翼飛機。同一年，喬治·科尼利厄斯（George W. Cornelius）發明了他的第一架可改變迎角的飛機，并在幾年之后推出了他那款綽號“野鴨”（Mallard）的飛機──“野鴨”具有可變的迎角和前掠的機翼。真正實用化的成功的可變迎角飛機在1955年登場了，這就是沃特公司（后來成了凌-特姆科-沃特公司）的F-8U“十字軍戰士”（Crusader）戰斗機。“十字軍戰士”采用可變迎角設計的目的主要不是為了避免失速，而是為了便于從航空母艦的甲板上起飛。
德國人則憑借其梅塞施密特P-1101噴氣式原型機而在可變幾何外形的機翼設計中拔得了頭籌。P-1101從來沒有飛上天過，但是為了進行比較飛行試驗，這款飛機已經能夠在地面上對機翼的后掠角進行調節。貝爾公司修改了相關的設計，并在1951年推出了X-5飛機，這款飛機的機翼后掠角能夠在20度至60度之間變換，這使得它成為了第一架用可變幾何外形的機翼進行飛行的高性能飛機。
在其于1952年推出的不成功的XF10F-1“美洲虎”（Jaguar）飛機身上，格魯曼公司對可變幾何外形的機翼進行了實驗。格魯曼公司在XF10F-1身上總結出來的有關可變幾何外形機翼的原理為“美洲虎”的繼任者F-14“雄貓”奠定了基礎，并惠及了美國和其他國家研發的眾多機型，包括美國的F-111戰斗機和B-1轟炸機、蘇聯的米格-23戰斗機和蘇-24戰斗轟炸機，以及歐洲多國合作的帕那維亞“狂風”戰斗機。
意外的收益
自從飛機誕生最初的那段歲月以來，“固定翼后掠”這一設計已經在數十款飛機上得到了應用，而且后掠翼設計經常被作為解決飛機重心問題的方案。意在提高飛機最大飛行馬赫數的后掠翼自20世紀30年代初期以來一直是航空界研究的課題之一，但卻出人意料地在一架早期的實用化噴氣式戰斗機──1942年7月18日首飛的梅塞施密特Me 262戰斗機身上變成了現實。Me 262最初是作為一款平直翼飛機而設計的，但出于平衡發動機推力的增加和重心改變的需要而導致設計師們改用了后掠翼設計，同時帶來了“提高了飛機臨界馬赫數”這一意外的在空氣動力學方面的收益。
早在1906年，阿爾貝托·桑托斯-杜蒙（Alberto Santos-Dumont）的第14號雙翼機就采用了前掠翼設計，而且該機在歐洲完成了第一次正式的有動力飛行器的飛行。后來，科尼利厄斯又設計了一系列采用前掠翼的飛機，其中一款還是滑翔機（用于運輸燃油）。
第一架采用前掠翼設計并飛上了天空的噴氣式飛機是德國容克斯公司在1944年推出的六引擎Ju 287轟炸機的原型機。前掠翼被認為具有可提高臨界馬赫數的優點，與此同時在飛機從低速向高速加速時可避免后掠翼固有的不利特征，在這一速度區間內飛機也更容易操控。（譯者注：此說法似乎不嚴謹，準確地說后掠翼在附面層形成的速度區間機翼的升力會明顯下降，飛機的機動能力進而會受到很大的限制，這個速度區間約為0.6馬赫至1.1馬赫，也就是常說的亞、跨音速階段；而前掠翼恰好和后掠翼相反，其附面層形成較早且穩定，飛機在亞、跨音速階段升力充足且機動性好，這樣就很容易進行超音速巡航）
第二次世界大戰結束后，前掠翼飛機在商業方面的第一個成功應用案例是德國漢莎航空公司推出的行政勤務噴氣式飛機（研發這款飛機的和研發Ju 287轟炸機的是同一支團隊）。然而，對前掠翼這一翼型最杰出的運用則非高度先進的格魯曼X-29驗證機莫屬（譯者注：原文發表于1996年，此時俄羅斯蘇霍伊設計局的S-37前掠翼技術驗證機尚未首飛。譯者個人認為俄羅斯的S-37總的來看要優于美國的X-29）。
不安裝任何垂直安定面的純飛翼是許多設計師的目標，但其他一些人則僅僅是簡單地試圖讓他們設計的飛機不再受機身后部及尾翼的重量和阻力的影響。在這些人當中，第一位首推萊特飛機公司的試飛員尤金·勒菲夫（Eugene Lefebvre）──勒菲夫是第一位在有動力飛行器的飛行事故中遇難的飛行員，時間是1909年9月7日。
無尾飛機這一設計理念歷經了多次變換，曾經探索過這種構型的航空制造商有一大堆，包括布萊里奧特公司（Blériot）、格蘭維爾兄弟公司（Granville Brothers）、韋斯特蘭飛機制造廠（Westland Aircraft Works）和福克-沃爾夫公司（Focke-Wulf），但最終在該領域取得了最輝煌的成就的是伯特·魯坦設計的那款造型流暢且采用了復合材料的Long-EZ超輕型飛機（EZ-1）。
多個參戰國家在第二次世界大戰期間研制出了無尾飛機的原型機，不過當時人們設計無尾飛機的目標并不是追求這種布局所固有的穩定性（譯者注：此說法存疑，因為無尾飛機在某一飛行速度下較容易保持穩定，但是一旦飛行速度和姿態發生變化時，壓力中心就會移動，飛機就很難繼續保持穩定飛行了），而是通過消除螺旋槳產生的滑流阻力而獲得更高的速度（譯者注：螺旋槳滑流會使機翼在滑流區的動壓增加，導致機翼局部環量的增加，從而產生升力增量和誘導阻力增量）并改善飛行員視野，同時可以在機頭中心部位實現火力的集中。這一領域的開拓者是意大利人于1941年首飛的造型優美的安布羅西尼（Ambrosini）S.S.4截擊機，這款飛機飛得又快又好，但在一次由于發動機故障而導致的墜毀事故后就被放棄了。
黑色子彈
1943年，柯蒂斯公司研制的三架XP-55“升騰”（Ascender）中的第一架飛上了藍天。XP-55具有驚人的失速特性，但在性能方面卻平淡無奇。盡管如此，與另一款1943年問世的無尾飛機──諾思羅普公司的全鎂合金構造的XP-56“黑色子彈”（Black Bullet）相比，“升騰”已經算是一款優秀的飛機了。共有兩架XP-56被制造了出來，其中一架在滑行的時候就損毀了。
1945年，身處絕望之中的日本人也嘗試著接受了研發無尾飛機的挑戰，并由九州飛行機公司（Kyushu）研制了J7W1“震電”（Shinden）戰斗機。“震電”的構造與意大利人的安布羅西尼S.S.4飛機非常相似──推進式后置螺旋槳、后掠的機翼，以及前置的鴨翼。在試飛開始之前，“震電”就被要求批量生產。“震電”于1945年開展的初步飛行測試取得了成功，但在原型機進行第二次試飛前戰爭就結束了，“震電”的生產計劃也隨之宣告結束。
唯一一款投產并參加了戰斗的無尾布局飛機是前面提到的梅塞施密特Me 163火箭動力戰斗機，這款飛機在1941年的一次飛行中速度超過了623英里/小時（約1002.6千米/小時，相當于278.5米/秒）。當Me 163沒有爆炸時，其飛行是頗令人愉快的──Me 163戰斗機在長時間連續運轉和軍械方面存在缺陷，這使得其成了一款無效的戰斗機。
“研制一款純飛翼飛機”這一璀璨目標吸引了諸多設計師的注意力──從雨果·容克斯（Hugo Junkers）到霍頓兄弟（Horten brothers），再到安東尼·斯塔德曼（Anthony Stadlman）和約翰·諾思羅普（John K. Northrop）。就純粹的飛翼而言，總是有一些頗具內在吸引力的東西：飛翼的線條光滑、阻力低，且擁有極大的有效載荷能力。
第一架純飛翼構型的戰斗機（順便說一句，如果不是偶然的話，這也是第一架具備隱身特征的戰斗機）是霍頓兄弟研發的Ho-IX V3戰斗機，該機原本會被賦予“哥達”（Gotha）Go 229的編號并進入批量生產。Go 229是一架雙發噴氣式飛機，主要由成型木材制作而成（為了幫助飛機躲避雷達探測）。Go 229的性能和操縱特性都相當不錯，但像納粹德國的許多“末日武器”一樣，它在戰爭中出現得太晚了。
最終，“打造一系列純飛翼”的碩果落到了諾思羅普手中，并最終發展出了XB-35與XB-49轟炸機這兩款巔峰之作，而且這兩款飛機在20世紀40年代中期看上去有很大的成功的希望。在戰爭期間，已經有4架比例為三分之一的模型進行了順利的試飛，而且XB-35轟炸機的原型機也于1946年6月25日飛上了天空。當時美國軍方一次就下了多達200架B-35的訂單，但隨著需求的改變，再加上飛翼在運載著炸彈飛行期間缺乏穩定性，這一切給飛翼帶來了爭議，并最終導致項目被取消。
YB-49是一架外形更加“干凈”的飛機。YB-49基本上就是在YB-35的基礎上換裝了八臺埋在機翼里的艾里遜J35渦輪噴氣發動機而成的，該機的性能導致美國軍方下達了一份采購30架偵察型RB-49的訂單，不過后來訂單又取消了。諾思羅普生產的所有的大型飛翼都被拆解了，但有兩個縮比模型被保留了下來，其中一個陳列在了華盛頓特區的史密森尼國家航空航天博物館，另一個可飛的模型陳列在了加利福尼亞州的奇諾名人堂飛機博物館（Planes of Fame Museum in Chino）。
“吹氣機翼”（blown wing）的概念首先由威拉德·卡斯特（Willard R. Custer）用其設計的作品“半環機翼”（Channel wing）進行了闡述。一場有關中型噴氣式飛機的競爭導致了波音YC-14和麥克唐納·道格拉斯YC-15的誕生，后者的研發經驗則直接導致了今天麥克唐納·道格拉斯C-17“環球霸王 Ⅲ”（Globemaster III）空中運輸機的誕生，這是美國空軍空中機動司令部（Air Mobility Command）最新銳的“軍馬”。
一款更加機密的翼型是“任務自適應機翼”（mission-adaptive wing），這種翼型正在由波音公司、美國國家航空航天局和美國空軍組成的聯合團隊在通用動力公司的F-111戰斗轟炸機上進行測試。C-5“銀河”（Galaxys）運輸機和C-141“運輸星”（Starlifter）運輸機通過明智地采用增升裝置而實現了機翼與飛機重量“任務自適應”情況下的正常飛行。在報告《新世界的展望，21世紀的空中和空間力量》（New World Vistas, Air and Space Power for the 21st Century）中，美國空軍科技咨詢委員會（Air Force Scientific Advisory Board）對新技術進行了預測，其中，“自適應機制”的概念甚至被排在了“變彎度與主動氣動控制”（通過感知來監測飛機的“健康狀況”并補償戰斗損傷）的前面。
有趣的是，報告《新世界的展望，21世紀的空中和空間力量》在未來方向的大膽跨越伴隨著可預期的對過去的回歸。例如，這份報告提出，未來的遠程運輸機有可能會像雷爾-杜布瓦所制造的飛機那樣采用支撐結構、具有非常高的展弦比的機翼。這份報告還展望了翼身融合體構型（blended-wing-body）的運輸機設計，這與文森特·勃內利（Vincent Burnelli）多年前提出的那些概念相似。這份報告最后說，未來的遠程轟炸機可能會采用中央發動機艙和前掠翼，正如喬治·科尼利厄斯在20世紀30年代所建議的那樣。
