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- 614期－做伙來搭飛機（2月號）
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2021-02-01舒適的空中體驗從何來？始於飛行者一號的飛機設計與飛行
614 期
Author 作者
呂文祺／從小就對各種飛行器研究產生。目前教學以航空為主，研究重心則為衛星系統工程，業餘時間從事遙控飛機的飛行。
機場廣播
各位乘客請注意，在等待登機的過程可至窗邊觀察各架班機，待會將與各位解密飛機構造！►►►
在四面環海的臺灣本島，無論是前往離島地區或出國，只要是希望以最短時間到達目的地，飛機絕對是唯一的交通工具選擇。現代高效率的大型民航飛機，更能讓一般人以低廉的票價享有翱翔縱橫萬里的機會。臺灣位處東北亞國際航線上的重要樞紐，在天氣良好的狀況下，抬頭便很容易見到飛機的蹤跡，每天有無數民航飛機搭載著大量的乘客飛越臺灣本島或附近天空，因此大部分人對於搭乘飛機飛行應該是不陌生的。但除了航空從業人員外，一般人對於自己所乘坐的飛機可能仍感到陌生，本文就要從最早期簡單的飛機說起，希望能讓讀者能快速一窺飛機的內在。
古今飛機設計大不同
說到人類動力飛行的歷史，不免俗要提到20世紀初眾所周知的美國萊特兄弟（Weight brothers）。相對於18世紀由法國孟格菲兄弟（Montgolfier brothers）利用熱空氣的浮力所製造的熱氣球，萊特兄弟在1903年成功開發了比空氣重的飛行器，命名為飛行者一號（Flyer-1），利用置於下方主翼上的內燃機引擎動力，帶動螺旋槳產生向後的推力，讓飛機可以獲得足夠的速度，搭配特定弧度的機翼面所產生的升力，萊特兄弟成功地將人類帶上天空。
萊特兄弟駕駛飛行者一號，於1903年完成人類史上首次的飛機飛行紀錄。（John T. Daniels, public domin, Wikimedia Commons）
由空中巴士所設計的A330-300與萊特兄弟發明的飛機十分不同。飛機重達250噸，需要將近3公里的跑道以每小時300公里的速度起飛；降落時的速度也近每小時200公里。
（作者提供）
最初的飛行者一號並沒有機輪可以在地上滑行，反而是利用不到20公尺的軌道滑行起飛。由於當時引擎動力並不足，必須使用塔架懸吊重物，將重物另一端以滑輪等機構連接飛機，靠著重物自由落下的力量帶動飛機獲得一定的初速，進而將飛機彈射出去，這也是現代戰鬥機在有限跑道長度的航空母艦上的起飛手段之一，但此方式飛行員必須要忍受強大的彈射力量。相較於搭載一位飛行員並以軌道彈射起飛的飛行者一號，現代可以搭載乘客300人以上的大型民航飛機，例如空中巴士公司（Airbus）的A330-300客機，在滿載的情況下，飛機重達250噸，需要將近3公里的跑道，加速到近每小時300公里才足以起飛，而降落時速度也高達約每小時200公里。
飛行者一號迥異的外型設計
說到飛行者一號的設計，其外型與操作也與現代大部分飛機迥然不同。飛行者一號有著上下兩片主翼的雙翼構型，主要由木頭與少數金屬件形成彎構型機翼結構，扭曲的結構固定著繃緊的布料形成翼面，且並沒有現代飛機常見的機身，飛行員須坐在機翼上方操縱飛機。而飛機的上下雙翼設計則一直被廣泛使用到第二次世界大戰前，直到後來強度高與重量輕的鋁合金成為飛機結構的主要材料後，具有較低阻力的單翼機便成了主要流行的設計並沿用至今。
而使用超過半個世紀的鋁合金材質，也逐漸被重量更輕且強度更高的碳纖維等複合材料所取代，大幅降低重量與製造的工時成本，例如波音（Boeing）的787，其機身使用碳纖維材質的重量比例皆已超過50％。……【更多內容請閱讀科學月刊第614期】