飞机为什么是莱特兄弟发明的？和莱特兄弟和寇蒂斯的专利之争

2018-07-18 19:03

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“第三问”含双重含义，为什么莱特兄弟能够获得世界首例有动力、载人可控飞行的成功？本应乘势而上的莱特兄弟，为什么在后半生却鲜有建树？

回顾莱特兄弟的成就，评析其成功的原因；从中说明，什么是技术，技术何以如此神奇。在莱特兄弟的后半生里，同另一位航空天才、飞机副翼的发明者寇蒂斯的持久争斗，耗尽了兄弟俩的才气。而寇蒂斯逆势而上，做出了伟大的贡献。从中揭示，技术需要持续创新发展，专利具有两重性，而从莱特兄弟身上反映出的人性局限令人嗟叹。

莱特兄弟的成功之鈅

让我们把目光回溯到1903年的12月17日，美国北卡罗来纳基蒂霍克海滩，阴冷的晨风里，那个热力四射、改变历史的惊世一飞成功了！莱特兄弟制造的“飞行者1号”作为人类第一架载人、带动力、可操控航空器被光荣地载入史册。人类就此打开了三维活动的空间，开启了一个飞翔文明的新纪元。

莱特兄弟的成功绝不是偶然的。他们的成功有人文、精神层面的因素，更是科学和技术的胜利。莱特兄弟的成功可归结为：兴趣与志向，学习与继承，勤奋与实践。

“兴趣”是一切创建、创新的原动力。当兴趣转化为清晰而自觉的志向，愿意为此付出穷其一生的坚持，这是成功的精神动力。

1909年，当美国政府终于把至高荣誉颁给莱特兄弟时，时任总统塔夫特说了这样一段话：“许多伟大的发现都是偶然诞生的。人们在某一个领域的工作有时确实会自发演变成伟大发现，但你们二位证明了另一种途径，一种更值得称道的方法。你们首先规划你们要实现的目标，然后努力工作直到最终实现”。这是对他们立定志向、献身航空的一个明确无误的佐证。

他们的家境并不好，他们没能接受高等教育，甚至都没有获得高中毕业文凭，但他们在维持自行车铺的生意、养家糊口的同时，如饥似渴地学习航空知识。他们熟读英国乔治·凯利的论著，对凯利其人和他的科学论述有极深的理解和极高的评价，称凯利的著作每个字都是真理。他们悉心研究德国李林达尔的著述和滑翔笔记，在人格上也以李林达尔为榜样，为李林达尔的成功而高兴，更为1896年李林达尔的壮烈献身而悲伤，但他们没有选择退避，而是从先驱们身上得到强烈的激励与教育，更坚定了继承和献身的志向。

他们不仅用自己的试验，修正了李林达尔的部分错误数据，更重要的是在研究李林达尔失败原因之后，坚定地认识到像李林达尔那样，在飞行中靠人的躯体的蜷曲伸展和重心调整来抵御不利气流，以维持飞机的平稳，是死路一条（李林达尔正是因此而失速献身）。于是，他们悉心研究和设计用机械装置来操控飞行的新方法新系统，完成了属于他们的独创的操纵系统，这是他们对人类航空的创新性技术贡献，也是促成日后可控飞行成功的主要原因。

而基于勤奋精神和自己动手（DIY）的实践能力，更是莱特兄弟突出的特质。他们从小就拆解父亲送与的“飞螺旋”，探究其科学原理。他们分析李林达尔、以及与他们同时代的本国航空学家塞缪尔·兰利的经验与挫败，废寝忘食地研制他们自己的飞机。在那个生产力还不发达的时代，兄弟二人付出的巨大投入和难以想象的工作负荷，非一般人可以承受。

当他们把影响动力飞行的三大障碍一一扫除，制作了足够面积的升力机翼，获得了驱动飞机飞行的适用动力，找到了飞机升空后平衡与操纵飞机的方法，所有这些日积月累的实践，化作石破天惊的突破，终于成就了他们非凡的成功，也就毫不奇怪了。

写到这里，我必须再次说到科学和技术的关系。科学揭示规律，科学指明方向，但科学不会自发地生成技术，技术必须依靠像莱特兄弟这样的懂科学的聪明人，去实践、去发明、去创造、去积累。而适用技术的鲜明指向性，决定了技术才是解决现实问题之道，这也正是技术的神奇之处。

1903年12月17日清晨，不仅海风冷飕飕，世人对莱特兄弟的试验也冷若冰霜，现场的目击者只有三人。与成功之后欣喜若狂的莱特兄弟形成鲜明对照的是，媒体的冷漠。他们拒绝相信，拒绝报道。也难怪，就在九天前，世人目睹了一场官办色彩（与莱特兄弟同时代的科学大家塞缪尔·兰利主持载人动力航空器研制项目，获得美国政府5万美元、史密松研究所2万美元资助）的载人动力飞行的失败。

1903年12月8日，在精心准备后，兰利的又一次飞行试验（上一次失败的试验在10月）开始了。遗憾的是，从试验平台起飞的飞机，仅仅飞出十数米，就折戟沉沙，再次失败。失败的原因可以归为三点，发动机的功率偏小，机身主料的强度不够，弹射起飞造成的不利姿态。但不论确切原因是什么，这次失败成了映衬几天后莱特兄弟成功的背景。

兰利遭受媒体的刻薄嘲讽，其时，他已69岁，两年两个月后带着无尽的遗憾离开了这个世界。而1914年美国著名飞机设计师、创新大家格伦·哈蒙德·寇蒂斯 Glenn Hammond Curtis，1878～1930 ）将他的飞机打捞上来，整修后安装了功率稍大的发动机，飞行试验一举成功。（在此文后半部分，寇蒂斯有足够的份量。在这里，他出场了。）

莱特兄弟所以获得成功，或者说他们长于兰利的最主要之处，就是他们突出的技术创造能力，包括广义的动手能力，在正确的时间点上突破或发明了最关键的、决定性的实用技术，研制出控制装置、适用的发动机以及机翼与螺旋桨等部件，并最终制成了实现惊世一飞的“飞行者1号”。

第一，飞行姿态控制技术。他们通过观察鸟儿的飞行，进行风筝与滑翔机试验，研制出独创的“翘曲机翼”。其原理是通过操纵机构，使一侧的机翼产生翘曲和扭转，此时会得到更大升力，该侧机翼升高，机身则会朝机翼较低的另一侧转向。在用机翼翘曲控制侧倾的同时，又用前置升降舵控制俯仰，尾舵控制偏航，至此飞行姿态的三轴控制初步成形。这是一项伟大的技术发明，在莱特兄弟成功的技术要素里，当列首位。使飞机可控，避免李林达尔和许多献出生命的先驱者的悲剧，而使这项勇敢者的科学探索得以持续与传承，直到形成完整的技术体系，这是最了不起的进步，是莱特兄弟对人类航空事业最重要的贡献。

第二，适用的发动机技术。在寻找适用发动机无果的情况下，莱特兄弟利用自己丰富的机械技能，同自己店里的机械师查理-泰勒一起改制发动机。为了减轻自重，他们采用了铝铸缸体。用于试飞的这台四缸内燃机功率达到8.8千瓦（12马力），自重77.3kg。而“飞行者1号”全机重274kg，加上驾驶员约360kg。

第三，高效机翼和螺旋桨技术。为了获得好的翼型，他们在首次成功试飞之前的两年多时间里，进行了上千次滑翔试飞，制作了200多个不同的机翼，进行了上千次风洞实验，最终选定能得到较大升力的翼型。为了提高螺旋桨的效率，他们进行了大量的试制、测试和分析工作，掌握了一些规律性的认识；最终选用三层云杉木薄片压制成二叶式螺旋桨，使用两副这样的螺旋桨，分列于驾驶员两侧，由单台发动机链式传动以推进。根据现代的风洞测试，他们的螺旋桨效率可以达到75%。

从凯利的科学指引，到莱特兄弟的实践与成功，生动诠释了科学与技术之间的关系，充分揭示了技术对于产品研制和工程成功的不可替代的作用。

技术的作用与专利的引出

技术（Technology）的原意是指技能和手的技巧，所谓熟能生巧，巧就是技术。技术也被称作“技艺的科学或“工艺科学”（science of craft）”。技术远比科学古老。技术史与人类史一样源远流长。狭义的技术定义是，技术是人类劳动工具的延伸与扩展，或技术是特殊的劳动工具。广义的技术是指，人类为实现社会需要（生产产品、提供服务或完成特定的目标）而创造和发展起来的手段、方法和技能的集合。

技术具有鲜明的目的性、社会性、多元性和可传授性。根据不同的功能，技术可分为生产技术和非生产技术。按表现形态可分为软件技术和硬件技术，这里的软件技术泛指无形的技术知识。按传统技术领域划分，又可分为电子信息，仪器仪表、新材料、生物医约、加工工程、机械装置与运输、消费品、土木工程等领域技术。

按照技术的法律地位，则有公有技术、工业产权技术和专有技术之分。公有技术是能够向全社会公开的技术，可以不受限制地自由传播和运用。工业产权技术，又称半公开技术，指经申请得到批准后受到法律保护，且具有法定专有权的专利技术和商标。工业产权技术的内容虽向社会公开，但所有者在一定时期内拥有独占权，任何机构或个人未经允许不得任意使用。专有技术，又称秘密技术，指未通过法律程序申请批准、不受法律保护，而靠发明人的保密手段加以保护的技术。

按照我们现在对于技术和专利的理解，当年莱特兄弟的一系列发明构成了以“飞行者系列”为载体的技术群，属于机械装置类工业产权技术。在莱特兄弟申请“飞行机器（Flying Machine）”技术专利并获批后，在其覆盖的范围内，莱特兄弟拥有独占权，任何机构或个人未经允许不得任意使用。这是对莱特兄弟成功的褒奖与保护，但又是造成日后他们的半世悲剧的祸根。

活在当下的我们，从莱特兄弟的成功中，首先应该从正面深刻理解技术的地位与作用。我们的大部分工科学生，未来的终生使命将是以技术解决现实问题，造福社会和人类。我们要学习莱特兄弟那种痴迷钻研、刻苦攻关的精神，更要借鉴他们解决问题的正确的方法论与技术途径。精神与方法，二者缺一不可。

寇蒂斯的崛起

寇蒂斯生于1878年5月，年轻时从事自行车和摩托车设计制造，年龄稍小于莱特兄弟，但经历颇相近，也同样酷爱航空，并同样是把自己对于机械与动力的专长，在日后的飞机创新事业中用到极致。遗憾的是，他们未能携手，反成了终生侧目的对手。

请看寇蒂斯具有强烈个性特点的部分航空业绩：1904年，他设计了“加利福尼亚之箭”飞艇并制造了一台发动机。1908年，他驾驶自己设计的“金甲虫”飞机飞行，获得“科学美国人”奖杯。1909年，在法国兰斯举行的飞行竞技会上，他驾驶No.1双翼飞机取得飞行速度冠军，该机所用发动机是他自己设计的。1910年在法国巴黎举办的航空展览会，寇蒂斯有缘结识法国航空先驱法布尔，得到法布尔慷慨赠与的水上飞机有关资料。1911年，寇蒂斯研制成功世界第一架实用型水上飞机；并实现首次在舰船上的着舰与起飞。1913年，完成对水上飞机的革命性改进，将浮筒放大，形成船形机身，船身式水上飞机就此诞生，并成为主流机种。

寇蒂斯很善于向同时代的航空先驱者学习，并在此基础上大胆创新超越。他悉心研究莱特兄弟飞机上使用的翘曲机翼，以及用扭曲的翼尖来操纵侧转的方法。1907年，寇蒂斯加入由航空爱好者、“电话之父”亚历山大·格雷翰·贝尔赞助的”航空试验协会（Aerial Experiment Association，AEA），在经过深入研究与试验后，提出了舍弃翘曲机翼，在机翼上设立铰接挡板，用上下摆动，来维持飞机稳定性的著名设计——副翼和副翼操纵。这项设计极大地克服了“翘曲”的控制能力局限，是一项足可载入史册、至今仍在应用的伟大发明。

1910年，寇蒂斯成立了以自己名字命名的公司。而前一年，莱特兄弟也成立了自己的公司。有意思的是，1929年，两家竞争对手合并，组成“寇蒂斯-莱特”公司（Curtiss-Wright Corporation），二战中的P-40“战鹰”战斗机、P-46 “突击队员”运输机等都是该公司的产品。作为航空先驱创立的公司，“寇蒂斯-莱特”至今还在，长期位居“全球航空航天100强排行榜”榜单中，只是名气已不如前。

保存于中国航空博物馆洞库内的两款寇蒂斯飞机复制品（上图为P40，下图为抗日勇士高志航座驾霍克3）

“三杰”反目

1903年莱特兄弟首飞成功，1906年，他们在美国本土成功申请名为“飞行机器（Flying Machine）”的专利，涵盖了飞机设计制造的大部分内容。与莱特兄弟同时代、稍晚于他们的“速度疯子”寇蒂斯，也在航空领域从事卓有成效的创新性工作，他发明的副翼技术日渐成熟，他在发动机方面的造诣尤甚，他的飞行成就声名大噪。

但莱特兄弟认为，寇蒂斯的研发侵犯了他们的专利。因为他们的专利不仅垄断了翘曲机翼，也不允许修改机翼边缘。1908年7月，在纽约石溪农场举办了一场著名的“Cup for Aeronauts”飞行比赛，莱特兄弟拒绝参加，称不与参赛的“专利侵犯者”为伍，哥哥威尔伯说：“他们如果飞行，就是侵犯我们的专利”。而在这个赛事上，寇蒂斯使用三角形翼尖副翼和新设计机翼的“六月金龟子（June Bug）”飞机大获成功，取得2分钟持续飞行1英里、远超“飞行者”的成绩，飞机的稳定性和可操纵性也颇好。

寇蒂斯驾驶June Bug在试飞（翼尖为三角形副翼）

同年9月，为争取美国军方的一份订货合同，莱特兄弟在维吉尼亚州麦尔堡举行示范飞行。寇蒂斯最好的朋友之一、同为AEA成员的陆军中尉汤姆·赛福里奇（Thomas Selfridge）受邀到场，并登机体验。在飞行中，因螺旋桨损坏，造成坠机灾难。赛福里奇不幸身亡，奥维尔·莱特也受了重伤。赛福里奇被认为是在公开飞行中因事故罹难的第一人。寇蒂斯为好友的遇难而伤悲，认为莱特的飞机没有进步，是他们的飞机杀死了赛福里奇。

1909年6月，在万众瞩目的纽约飞行展中，寇蒂斯驾驶自制的另一架飞机“金甲虫”飞行，再获成功。莱特兄弟遂于8月，正式提出诉讼，控告寇蒂斯的飞机侵权。20世纪初的美国航空三杰，就此彻底反目。

传奇汽车大王亨利·福特为寇蒂斯打抱不平，主动施援，并以自身8年汽车诉讼、终获胜利的经验，告诉寇蒂斯，可行的应对策略就是“持续修改设计”。

固步自封的莱特兄弟，虽在“飞行者”系列上，先后推出A、B、C等型，但飞机的基本形态没有大的变化，也没有新的技术进步；加之持续的专利诉讼，作为创新创意灵魂的哥哥威尔伯甚至拒绝进入厂房、实验室。他从身体到精神，都出了问题。1912年4月，竟逝于一场伤寒。终年45岁。

弟弟奥维尔为哥哥的早逝伤心欲绝，继续等待着对专利诉讼的判决。1914年1月，美国法院作出划时代的判决，裁定莱特兄弟胜诉，称此后在美国本土生产的每架飞机，都要向专利持有人奥维尔支付专利费，费率为20%。奥维尔因哥哥的离世，迁怒于寇蒂斯，拒绝寇蒂斯使用专利，即使付专利费，也不允许。寇蒂斯因此无法行销自己日渐成熟、且性能明显优于莱特的产品，陷入了破产。但同时期，由于飞机性能落后，从1915年始，莱特公司没有卖出一架飞机。

1914年7月，一战爆发，一切得以改变。从1914年到1918年，德国共生产5万架飞机，航空技术与产业发展突飞猛进。但在美国，由于奇高的专利费，技术停滞不前，产业发展缓慢。1917年美国参战后，为改变这一状况，政府出面干预，为国内的航空发明建立了一个专利许可联盟，强行将专利费从20%降到1%（另一说为每架飞机付专利费200美元），并强令向寇蒂斯公司开放专利使用。寇蒂斯成为了最后的胜利者，早已蓄势待发的寇蒂斯公司获得发展良机，经过战争，成为了当时世界上最大的飞机制造商。

一战后，奥维尔·莱特身心俱疲，遂退出航空界。莱特公司也在1929年，与寇蒂斯公司合并。1930年，即“寇蒂斯-莱特公司”成立后的第二年，寇蒂斯去世，享年52岁。奥维尔一直活到1948年，卒于77岁。惜乎！在他人生的后半段，未能对人类航空事业做出任何新贡献。

【本文部分内容来自美国History频道的专题片《飞机：莱特兄弟vs寇蒂斯》。该片已被网易转引为科普公开课。http://open.163.com/movie/2016/6/N/H/MBNI6U3KR_MBNIAESNH.html】

专利的两重性

说到技术，必须关注专利。专利是知识产权的一种，是伴随社会文明发展，人类保护和促进技术进步的一项重要措施。专利技术是指被处于有效期内的专利所保护的技术。毋庸置疑，专利技术是需要保护的。莱特兄弟积多年奋斗之成果，突破重重难关，做出卓越建树，申请并享有专利技术权，似无可指摘。

这项专利虽确属前所未有的发明，但这个名为“飞行机器”的技术专利太过宽泛，使得莱特兄弟利用这一专利，事实上合法地阻止了该领域的任何竞争，窒息了航空事业在美国本土的正常发展。这种专利保护走向了反面，激起了包括寇蒂斯在内的其他创新者、发明家的义愤，并最终导致了国家利益受损，使得政府不得不直接出面干预。

对莱特兄弟而言，他们虽获得了专利，赢得了诉讼，却失了人心，丢了创造的激情，直至哥哥英年早逝，赔了性命，弟弟抑郁寡欢，退出航空。写到这里，忽想起巴西人民尊崇的民族英雄、同为航空先驱的阿尔贝托·桑托斯·杜蒙（Alberto Santos Dumont，1873-1932）。

杜蒙矢志航空、献身航空，做出了卓越的贡献。他先后设计制造了14艘飞艇，为飞艇的实用化做出了划时代的贡献。1899年，他研制成功一架有前翼的盒型双翼风筝式飞机，这是欧洲的第一架动力飞机（2016年里约奥运会开幕式体育场上空飞翔的飞行器就是这件杰作的再现）。1906年9月至11月完成了多次飞行，创造留空21.2秒、飞行距离220米的记录，轰动欧洲。之后，杜蒙转向研制超轻型飞机，成为现代超轻型飞机的“始祖”。