这篇文章讲述了早期航空业的巨大风险,当时飞机设计凭直觉而非科学,导致飞行员伤亡惨重。核心内容聚焦于试飞员吉米·杜立特(Jimmy Doolittle)的贡献。他通过在麻省理工学院的研究,开创了科学化的飞行中压力测试方法。通过在飞机上安装仪器并执行极限机动,杜立特精确测量了飞机结构能承受的真实载荷,从而用数据取代了猜测,为现代航空安全测试体系奠定了基础。
早期航空的“勇敢”经验主义
在莱特兄弟成功飞行后的几年里,飞机设计很大程度上依赖于一种美国国家航空航天局(NASA)历史文件中所称的“直观、大胆的经验主义工程,与空气动力学或结构完整性理论的联系充其量是松散的。” 人们对于如何制造飞机只有粗略的想法,评估一架飞机是否坚固,往往是在坠机和火焰中完成的。
在20世纪20年代,美国航空邮政局飞行员的预期寿命为四年,该机构在最初的十年里,头40名飞行员中有31人因坠机事故丧生。
当时最大的问题是,人类飞行是一个全新的事物,没有人能回答测试中最基本的问题:产品会面临什么情况,以及它可能如何失效?
一位不只是鲁莽的飞行员
吉米·杜立特不仅仅是一个勇敢和有天赋的飞行员,他还是一个爱搞恶作剧的人,更是一位顶尖的航空思想家。他致力于将飞机变成一种可被认知、可被预测和可被评判的产物——一种可以被科学测试的东西。
杜立特的冒险精神贯穿其一生:
- 青少年时期:他用木棍和布料制造滑翔机,然后毫无意外地将它们一一撞毁。
- 飞行生涯:他的自传中充满了从飞机残骸中爬出来却奇迹般毫发无伤的故事。有一次,他为了吓唬路上的士兵而低空飞行,结果用起落架撞到了其中一人,分心之下又撞上了铁丝网,但所幸无人伤亡。
- 飞机推销:在圣地亚哥的一次任务中,他喝醉后在窗台上表演杂技,结果摔下两层楼,摔断了双脚脚踝。即便如此,他还是让人把他抬进驾驶舱,成功完成了飞行演示。
从地面堆沙到空中实测
1924年,杜立特获准进入麻省理工学院(MIT)攻读航空工程硕士学位。他着手解决他所说的“飞行的奥秘之一”:一架飞机在解体前能承受多大的压力,也就是它的载荷系数。
当时的强度测试非常原始,通常是在地面上进行:
- 在机翼和尾翼上堆放沙袋,直到它们断裂。
- 更早的方法甚至只是将散沙扔到飞机上,再用耙子将其铺平。
杜立特认为他有更好的方法。
他创造了自己的飞行中测试方案,并进行了被空军历史学家理查德·P·哈利恩称为“有史以来第一次对机动飞行中结构载荷的重要研究”。
寻找真实断裂点
杜立特在一架福克(Fokker)PW-7战斗机上安装了加速度计,以跟踪飞行中的g力(过载系数)。然后,他通过执行一系列极限机动来逐步增加飞机承受的力:
- 循环筋斗
- 横滚和急滚
- 螺旋和旋转
- 倒飞和俯冲后拉起
杜立特在自传中写道:“整个努力之所以值得,是因为我确切地发现那架福克飞机能承受什么,因为它在一次时速200英里的俯冲中几乎散架了。”
当上翼梁出现裂纹时,加速度计的读数为 7.8 g。这个数据直接反驳了制造商福克公司声称其飞机可以承受 8.5 g 载荷的说法。杜立特的学位论文最终成为航空史上的一个里程碑。他通过将产品推向强度极限并仔细测量其性能,开创了现代系统化飞行测试的先河。