4.5 設計要求的組合：前翼機
將討論兩種前翼形式：單純前翼機及三翼面之前翼機。首先說明其定義：
定義：單純的前翼形式包含一個前置的升力面(前翼)及其後的主翼。
定義：三翼面之前翼形式是具有前翼、主翼及水平尾翼(或類似裝置)的飛機。
表三為一簡短(不完全)的前翼形式發展年代表。
參考資料9.詳述了萊特兄弟採用前翼形式(圖八)的原因。有趣的是，可注意到「萊特飛
行者」(Wright Flyer)故意設計成稍微不穩定。不穩定的飛機仍然可以飛，但需以飛行
員的疲勞及任務的有效性作為代價。
圖九及圖十是早期由 Curtiss 及 De Havilland 飛行的三翼面前翼機。作者無法追溯到
這些飛機採用三翼面設計的特別原因。
在第二次世界大戰中，曾試驗幾架前翼戰機：見圖十一及圖十二。在這兩個例子中，使
用前翼形式的主要原因是為了想用後推的方式。使用後推方式的傳統形狀飛機，在平衡
上非常困難，常常不可能達到。
一般認為採用前翼形式之理由為
1. 前翼失速時可穩定的阻止繼續仰起。
2. 在尾翼形式(傳統形式)的飛機，尾翼升力向下以供俯仰配平。
在前翼形式中，前翼則升力向上來配平。
從較低阻力及較高的配平升力來看，這些因素被認為使前翼機成為較佳的形狀。
由於下列原因，這樣過份簡化的理由可能是錯誤的：
(a) 前翼與主翼之間，或主翼與尾翼之間的空氣動力干擾沒有考慮進去。這些干擾效應
與型狀的細節有非常密切的關聯。
(b) 飛機的結構安置、起落架的安置、重量及平衡沒有考慮到。
(c) 判斷升力面安排的相對優劣性，對於設計為該種形狀的飛機，並不一定有任何意義。
普遍未瞭解到升力面的安置，前－主翼、主－尾翼、前－主－尾翼，不一定能完全決定
一架飛機。近年來，許多論文嘗試藉由有系統地研究不同升力面配置，來證明前翼、傳
統式及三翼面的優、缺點。
這些研究可以對不同升力面間的干擾問題提供一些看法。然而，因為許多這一類的研究
，沒有牽涉到為符合一整組要求(表一)而設計的飛機，所以會造成嚴重的誤導。作者主
張，只有一種方法可找出符合指定設計要求的最佳飛機形式：
1. 定義「最佳」的意義。即定出評估的準則。
2. 以三種不同形式進行初步設計研究，並由評估準則來比較。
近年來，Beech 及 Piaggio 在設計飛機時，基本上傾向於提供比舊式(及傳統式)商用
渦輪螺旋槳飛機更好的舒適性及飛行性能的飛機。其結果都得到相當不同的「奇特」外
形，如圖十三及圖十四。注意其飛機設計程序本身很明顯的仍然不奇特。
回顧造成 P-180 如圖十四外形的原因是很有趣的：
(a) 不用因隔音材料而增加重量的安靜機艙。這表示要將引擎及螺旋槳放在加壓艙尾端
的後面。
(b) 藉由結構集中來節省重量。將三個主要負載部份組合在機身的一個區域內，達到此
一目的。
(c) 修整為高升阻比下操作之層流機翼。這表示要一個盡可能減少後掠的機翼，且將螺
旋槳放置在機翼後夠遠的地方。同時，這也表示要有相當高的翼負載。
這三個原因促使機翼放在機身較偏於後半段的位置。重量與平衡，以及穩定及控制考量
使其同時需要前翼及水平尾翼。
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表三、前翼機發展年代表
純前翼機 三翼面前翼機
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1903 Wright Flyer，單後推式
1908 Curtiss Aerodrome Curtiss-Herring No.1 Reims Racer
No.4 Silver Dart
1909 De Havilland, 雙翼機，No.1
1922 Platz/Fokker, 滑翔機
具有連結之前翼及主翼
1938 Focke-Wulf Ente
1942 Miles Libellula, M35
後推式，串型翼
1943 Miles Libellula, M39B Blohm und Voss BV P192
雙牽引式 (攔截機，未飛行)
1943 Curtiss XP-55 Ascender,
Kyushu J7W1 Shinden (日本),
皆為後推式
1946 Mig-8 Utka, 後推式
1967 SAAB Viggen, 噴射機
1968 Tupolev 144, 可收縮前翼
1970 Rutan Vari-viggen, 單後推式
1975 Rutan VarieEze, 單後推式
1980 Rutan Long-Ez, 單後推式
1982 Rutan Grizzly, 單牽引式
1984 Rutan Voyager, 雙後推/牽引式
1985 Beech Starship, 雙後推式
1986 Grumman X-29, 噴設機，前掠翼
1987 Piaggio P-180 Avanti, 雙後推式
1988 SAAB Gripen, 噴射機 Rutan Cabin Class Twin
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圖八、萊特飛行者：純前翼機，因急於飛行而設計 (參考資料2.)
圖九、Curtiss Herring No.1 Reims Racer ：早期三翼面前翼機 (參考資料10.)
圖十、De Havilland Biplane No.2：早期三翼面前翼機 (參考資料11.)
圖十一、Curtiss XP-55 Ascender：純前翼戰鬥機 (參考資料10.)
圖十二、Kyushu J7W1 Shinden：純前翼戰鬥機 (參考資料2.)
圖十三、Beech Starship I：多種設計要求綜合所得之設計 (參考資料2.)
圖十四、Piaggio P-180 Avanti：多種設計要求綜合所得之設計 (參考資料1.)
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參考資料
9. Combs, H., ``Kill Devil Hill,'' Historic Aviation, Eagan, Minnesota, 1988
10. bowers, P.M., ``Curtiss Aircraft 1907-1947,'' Putnam, London, 1979.
11. Jackson, A.J., ``De Havilland Aircraft since 1909,'' Putnam, London, 1962.
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