莱特兄弟的三个设计经验

你可以从他们如何使得一辆自行车飞行中学到很多东西 克莱夫·汤普森

大家都知道莱特兄弟是第一个实现动力飞行的人——他们的飞机于1903年12月17日在北卡罗来纳州的基蒂霍克起飞。

但是在实现这一突破之前的过程?

这真是令人感兴趣，并且充满了关于创造力、设计和发明的深刻实际教训。

几天前,当我在横跨美国的自行车旅行中停靠在俄亥俄州的代顿时,我近距离地了解了这一点——莱特兄弟的家乡。

那里有一个博物馆专门展示他们与飞机的实验,还有一个小博物馆在他们最初的自行车店里。

我花了一个上午参观自行车店,了解兄弟成功设计自行车如何深深影响他们设计飞机的成功。

我以前读过这方面的内容,包括大卫·麦卡洛在2015年出色的书《莱特兄弟》中提到的——但是亲眼所见使我确信了一些结论。

因此,这里是我从莱特兄弟学到的三条设计教训:

1)新想法来自较早的想法

在试图设计飞机之前许多年,莱特兄弟已经精通了两个棘手的技术领域:印刷和自行车制造。

他们在代顿经营了一家成功的印刷店,这要求他们运用和维护当时最复杂精密的机械之一:印刷机。

更重要的是,他们精通设计和制造自行车。

19世纪90年代后期的“安全自行车”是一项高科技奇迹。上图是兄弟的一款车型，我在参观博物馆时拍下的照片。

带有充足的轮胎、内衬胎、链条驱动后轮齿轮、转向手柄,它在19世纪后期美国约十年时间里处于iPhone般的地位。

人们为之疯狂。它甚至催生了大量酷炫外设:莱特兄弟制造和销售的产品包括燃油自行车灯、小巧便携的打气筒和折叠水杯等等。他们精于制作、调整和修改机器的每个部件。

这些技术技能正是让他们建造飞机的基础。

无论你看哪里,飞机上的零部件都来自自行车。莱特兄弟使用自行车链和自行车齿轮来控制升降舵。超大自行车链和链轮转动螺旋桨。为了防止金属疲劳通过滑轮的线,他们用链条和齿轮代替滑轮点。

甚至转向机构也基于骑自行车者通过操纵两个手柄和在腰部转移重量来转向的方式。

经营自行车店在其他不太明显的方面也至关重要。例如,自行车销售的利润为他们的飞行实验提供了资金。当他们找不到适合飞机的动力来源时,他们让自行车店的唯一员工查尔斯·泰勒——一位才华横溢的工程师和发明家——设计和建造一台。

在他的书《好主意从何而来》中,斯蒂文·约翰逊写道“相邻的可能性”——即你目前已经意识到的想法就在旁边，新的未被发现的想法。莱特兄弟意识到飞机是自行车的相邻可能性。

从本质上讲,他们使自行车飞起来。

2)实验,实验,实验

莱特兄弟是钻研者。当他们想出一个新装置的想法时,他们会立即开始制作原型,以快速发现它是否有效。如果不起作用,他们会进行调整和优化,制作一个新的原型,测试那个——然后重复。

当他们难以控制早期滑翔机时,他们建造了一个风洞,以便他们可以快速测试不同的设计。

turned out 至关重要:不是试图理论上设计一个功能翼和控制系统,他们只是迭代。

在无休止的线上A/B测试的世界中,莱特兄弟成功的这一方面似乎不太令人印象深刻。但他们是用原子迭代的,原子比比特难以驾驭得多,所以为他们欢呼吧。

(顺便说一下,你可以在这个页面上阅读有关风洞的更多信息,那张照片来自那里的在线虚拟博物馆。)

3)不要局限于STEM界限

如今,发明创造性经常仅在STEM领域内讨论。但是莱特兄弟呢?他们不是典型的STEM宅男。

恰恰相反:他们将自己的好奇心和开明态度归因于父母建立的家庭，该家庭在知识范围上真正具有文艺复兴风格、涵盖艺术、科学和工程。

他们的父亲是一位拥有丰富文学藏书的主教;他们的母亲是一位才华横溢的工程师、数学家和钻研者。

正如Shilo Brooks在《科学美国人》杂志上写道:

他们家的书架上摆满了小说、诗歌、古代历史、科学论文和百科全书。他们鼓励孩子广泛阅读,并对自己的教育负责。

当被问及对飞行的初期兴趣时,莱特兄弟总是说他们“为了乐趣”对此感兴趣，并希望用利润为未来的科学探索提供资金。

在20多岁时,威尔伯·莱特开始阅读有关鸟类解剖学和动物运动的书籍。这些研究最终将莱特兄弟引向开发创新三轴控制系统，模仿鸟翼的扭转运动。

当威尔伯前往法国展示他们的飞机时,他参观了16次卢浮宫,并写信给妹妹描述他看到的艺术品。

正如奥维尔后来说的:

...我们在童年时确实有不平常的优势,如果没有这些优势,我怀疑我们能取得多大成就。......最大的优势是在一个鼓励孩子不考虑利润就追求知识兴趣的家庭。

本文的素材来自《科学美国人》的一篇纪实：

两位来自俄亥俄州代顿的自行车销售员成为首批实现飞行的人,这在一个世纪以前和今天一样令人惊讶，当莱特兄弟在美国和法国的公开展览上高高翱翔在目瞪口呆的群众上空。

一个短暂的时期,全世界都惊奇地团结在一起。莱特兄弟的成就值得重温,因为它质疑21世纪的信念，那就是有抱负的年轻工程师在大学应该专注于STEM学科，而艺术和人文学科的课程不如数学和科学那么重要。

如果莱特兄弟今天还活着，他们可能会警告我们,像这些教学教条会阻止我们培养他们那样非凡的工程师。

威尔伯和奥维尔·莱特都没有主修STEM学科。事实上,两个兄弟都没有上大学,也没有任何正式的技术训练。莱特飞行器的造价对兄弟来说不到1000美元(约合今日的28000美元)，这是他们通过自行车生意的利润赚来的。

莱特飞行器的第一架原型飞行了852英尺,经过修改,最终飞行超过40英里。对两位没有工程教育,没有互联网接入,没有大学实验室或图书馆的代顿蓝领梦想家来说，这可不差。

与此同时，莱特兄弟正在设计和测试他们成功的飞行器，塞缪尔·兰格利,一位大学教授和史密森尼学会秘书，也在设计自己的飞行器。

兰格利在他的“航空器”上花费了7万美元(约合今日的200万美元),其中大部分资金来自美国战争部的拨款。在首次飞行中,兰格利的航空器在试图起飞时坠入波托马克河。

莱特兄弟解决了一个困扰人类想象力几千年的工程问题的成功并非偶然。飞行本身就是一个过于复杂的任务，简单地偶然发现是不可能的。

为了看看是什么使莱特兄弟成功，以及我们今天可以从中学到什么,我们必须考虑是什么使他们与众不同。莱特兄弟具有什么样的性格、好奇心和气质,使他们能够征服空中，而专家却无法做到？飞行问题是什么样的问题,需要像他们这样的独特思维来解决?

在他们著名的第一次飞行31年后,奥维尔·莱特回顾了是什么使莱特兄弟与众不同。一位记者在采访中告诉他，他和他的兄弟体现了美国梦。

他们是两个卑微的男孩，“没有钱，没有影响力，没有其他特殊优势”，却攀升到名利双收的高度。

“但这不是真的,”奥维尔回答说,“说我们没有特殊优势是不正确的。

我们在童年时确实有不平常的优势，如果没有这些优势,我怀疑我们能取得多大成就。......最大的优势是在一个鼓励孩子不考虑利润就追求知识兴趣的家庭里长大。

如果我父亲不是那种鼓励孩子在不考虑任何利润的情况下追求知识兴趣的人，我们对飞行的早期好奇心很可能会太早熄灭，无法有结果。”

莱特兄弟的父亲米尔顿是一位新教主教，对各种书籍和探究充满热情。他的妻子苏珊在大学学习数学、科学和文学、经常为莱特兄弟的孩子制作玩具。

他们家的书架上摆满了小说、诗歌、古代历史、科学论文和百科全书。他们鼓励孩子广泛阅读,并对自己的教育负责。

当被问及对飞行的初期兴趣时，莱特兄弟总是说他们“为了乐趣”对此感兴趣,并希望用利润为未来的科学探索提供资金。

在20多岁时,威尔伯·莱特开始阅读有关鸟类解剖学和动物运动的书籍。这些研究最终将莱特兄弟引向开发创新三轴控制系统，模仿鸟翼的扭转运动。

威尔伯很快写信给史密森尼学会，请求兰格利和奥克塔夫·查努特关于空气动力学的小册子。

“我是个爱好者,但不是一个怪人，”他说,“在某种程度上,我对飞行器的正确结构有一些个人理论。”

兄弟开始在北卡罗来纳州进行实验不久后，他们发现史密森尼科学家提供的空气压力数据表“不可靠”，充满错误。

他们迅速着手建造自己的风洞，以获得准确的测量数据。“我们做那个工作只是为了从学习新真理中获得的乐趣，”奥维尔事后说。

当没有任何发动机制造商回应他们关于为飞行器制造足够小的发动机的询问时，他们也在自行车店助手的帮助下建造了自己的发动机。他们经常争论飞行器的技术规格，争论持续到深夜。

在一场特别激烈的关于螺旋桨正确结构的争论之后，他们发现自己处在荒谬的境地，在争论中各自被另一方的原来立场所说服,与争论开始时一样毫无共识。

他们争论是因为他们寻求真理，而不是因为一方兄弟想战胜另一方。

莱特兄弟对真理的无尽好奇心和热爱使他们能够以其他人无法达到的方式运用自己作为人类的全部潜力来解决飞行这个多方面的问题。

他们开始明白，正如威尔伯所说,“飞行问题的复杂性使其如此困难”。这是一个“不能通过偶然发现一个秘密来解决的问题，而是通过在数百个不同的点上悉心积累信息，其中一些调查自然会认为无必要深入研究”。

奥维尔和威尔伯在开始理解人类飞行问题的解决方案是科学和艺术的平衡时达到了一个关键的突破。机械技能和数学才能当然是必要的来建造机器，但最大的挑战在于实际的飞行艺术。

飞行员的艺术需要读懂风、保持速度和平衡、并使用飞行器的控制装置进行微妙的调整，使其在飞行和着陆时描绘优美的线条。

莱特兄弟觉得自己与艺术家有亲缘关系,因为他们理解自己是艺术家。飞行艺术是人与机器与空气之间复杂的舞蹈，需要成千上万的练习时间才能完善。

难怪当威尔伯前往法国展示莱特飞行器时，他参观了16次卢浮宫,并在写给妹妹的信中记录了30多位画家的作品印象。

航空先驱奥克塔夫·查努特在1890年的一次演讲中预测，“没有一个人”可能拥有解决飞行问题所需的想象力、机械技巧、数学能力和筹集资金的技能。

“可能正因如此,”查努特说，“完整的发明工作需要如此众多的天才，进步如此缓慢。”

在某种程度上，查努特是正确的，在另一方面他是错误的。解决人类飞行问题需要不止一个人。

需要两个人，莱特兄弟对知识的无限好奇心帮助他们培养了一种知识范围和勇气，使他们与机械和数学一样熟悉艺术、生物学和文学。

威尔伯和奥维尔·莱特是受过广泛教育的人。如果今天的工程学院想给学生额外的推动力，真正起飞，他们最好放宽臭名昭著的课程要求，鼓励学生像莱特兄弟那样培养对学习的热爱。

**题外话题一枚：AI 能发明飞机吗？

也许能吧！如果不联网的AI没有莱特兄弟的启发，能吗？，我不知道！**