题主说到“意大利有一个圆滚滚肚子的酒桶飞机”，应该就是指这货了：

很多人应该都听说过这架萌萌的飞机，但这架名为卡普罗尼TALIEDO STIPA的验证机不仅能卖萌，还让意大利人率先尝试了在当时非常先进的涵道式活塞动力系统，甚至让意大利差点一只脚迈向了喷气动力时代。

以下这篇文章是来自航空档案的老文了，也是唯一一篇详尽介绍这架飞机的中文文章。作者文笔幽默，叙事详细，将卡普罗尼TALIEDO STIPA的来龙去脉细细道来。但苦于网上实在找不到这篇文章的文字版，只在知网找到了这篇文章的影印版，遂花了三个小时用OCR软件将其中文字识别了出来，然后重新编排配图改错别字后发上来与大家分享，希望大家喜欢。

飞行的酒桶：卡普罗尼TALIEDO STIPA涵道式活塞螺旋桨动力验证机

Gimignano（沃纳卡）……这个酒单还可以列出长长的一串，显然意大利是个出产美酒的好地方。然而这个理由就能让两个意大利人骑着一个酒桶上天？好笑的是，这居然是真的。不管你相不相信，或者干脆认为这是个4月I日的把戏，但在意大利老牌飞机制造商卡普梦尼1932年的产品清单中，你的确可以发现一只带翅膀的酒桶——TALIEDO STIPA。那么这里装的又是怎样一种好酒呢？

1930年代——人类航空史上的一个黄金时代，激情、创意再加上远未定式的思维，这使今天略显乏味的航空技术在当时远不是这个样子，那个时代的工程师完全可以如同对待一团熟泥般随心所欲地塑造自己心目中的理想飞行器，简而言之他们仿佛是陶器师而不是工程师——其挥洒自如令今人羡慕不已。

至于那只飞上天的酒桶，事情还要从航空史上鼎鼎大名的一项赛事“施耐德”杯开始。雅克·施耐德(Jacques Schneider)是一个富翁，也是一个狂热的航空爱好者，曾用气球创造了10,081米的高度世界纪录。在因为一次严重事故告别飞行后，他转而开始为各种竞赛和航空俱乐部提供财务支持。施耐德发现当时水上飞机的发展远远落后于其它飞机，而他认为水上飞机是最有希望解决跨大西洋的远距离飞行问题的机种。为了推动水上飞机的发展，他决定为其设立一项锦标。当1911年已身为法国航空次长的雅克·施耐德以自己的名义宣布为一项水上飞机竞赛设立了1,000镑奖金时，只是想鼓励民用航空的发展，比赛规则规定：获胜者可保留奖杯一年，如果可以在五年内获得三次锦标则可永久保留奖杯并赢得75,000法郎奖金；每次比赛都由上届比赛的获胜国主办，由国际航空联合会和东道国航空俱乐部监督比赛的进行。然而由于事关荣誉，再加上巨额奖金的刺激，该项赛事最后以纯粹的速度狂飙成为了各国展示航空实力的舞台—一这一点未免让其设立者始料不及。

从1919年的第三届“施耐德”杯起，开始出现了意大利人的身影。没想到的是，首次参赛的意大利人却运气好的出奇，由于对手的相继出局，本来飞的稀松平常的意大利队“萨瓦”S.13却在没有对手的情况下，以一次空中表演赢得了“胜利”。当然，这样的结局自然引起了争执，并几乎发展成一场外交事件。大约两星期后，国际航空联合会内部经过一番争论，拿出了一个妥协性的解决方案——决定意大利获胜，但他们不能赢得奖杯，只能获得举办下届比赛的“荣誉”。虽然获得荣誉的方式不那么厚道，但在首战“告捷”的鼓舞下，1920年、1921年相继两届“施耐德”杯又被意大利人摘冠，不过这其中的过程与1919年那次基本上没什么区别：由于财政困难，1920年的“施耐德”杯英国和法国干脆没有组织队伍参赛，只留下意大利人自娱自乐；到了1921年事情也差不多，唯一参赛的法国人由于浮筒的问题而退出了比赛，意大利人再次轻松捧杯。尽管涉嫌缺乏那么点体育精神，但这些可爱的意大利人仍然对来年的比赛充满了期待，因为根据规则，他们只要再获胜一次就可以永久保留“施耐德”杯，终结这项赛事。

当然后面的事情并非如意大利人一厢情愿般的那样完美，但是通过参与“施耐德”杯的确大大促进了意大利航空技术的发展是个不争的事实。更重要的是，对这样的事情大众总是兴趣盎然，所以作为各国比拼航空实力的竞技场，各国开始意识到“施耐德”杯对提高本国国际声望的巨大价值，政府力量很快便介入到了这场速度竞技中，从1927年起，参加比赛的各国飞行员已经是全部来自军队。法西斯政权显然更能认识到其中的奥妙，在1926年又一次夺冠后，意大利队获得了墨索里尼的全力支持，他下令任何有望将“施耐德”杯留在意大利的飞机制造商都可以获得他们所需要的一切财政和原材料上的支

持——只要他们能造出击败对手的飞机，而这反过来又进一步提高了意大利航空技术的整体水平，并在一段时期内形成了效果甚佳的良性循环。在这个目标的牵引下，原来发展相对滞后的意大利航空技术基础性研究得到了重视，除了大功率航空发动机技术外，空气动力学航空材料学等等同样得到了加速式发展，堪称意大利的航空科技大跃进，其结果是直接导致了一批代表意大利乃至世界顶尖航空科技水准的作品出现—如马基M39/52/67/72。可以说没有几届“施耐德”杯的磨砺，意大利空军在10年后的那场战争中很可能只能算个配角。

曾经有人说过，“进步往往是反思的副产品”。在这场空中速度竞技中，随着飞机性能的不断攀升，意大利飞机设计师们开始注意到一些瓶颈问题正在困扰着他们—一而这些问题已经被证明，无论经过怎样设计上的优化都将无法避免。卡普罗尼工程师路易基斯蒂帕(Luigi Stipa )就是这样一个敏锐者，他发现在发动机功率的提升与速度性能的进步之间，两者的前进步伐并不是一致的。即便是马基M.C.72这种外形光滑流畅甚至连铆钉也与表面平齐的超流线型飞机，在用2850马力的菲亚特24缸液冷发动机以及最先进的可变距螺旋桨武装到牙齿后，也仅仅勉强突破了700千米/时大关，而此后无论是英国人、意大利人还是后来的德国人都很难再进一步了。更令人感到震惊与困惑的地方在于，与最初的M.C.3时目比，在机体外形尺寸相近的情况下，M.C.72发动机功率提高了近一倍还多(由1350马力到2650)，但速度却只提高了不到1/3(412.3干米/时一709千米/时)，而从纸面上对功率比的推算看这似乎是完全不可能的，发动机明显感到“有劲使不上”，那么问题出在哪儿？

问题的提出引起了路易基·斯蒂帕的反思。“施耐德”杯的事实证明，当动力由1000马力级提升到2000马力级时，只要机体设计足够优秀，飞机接近700千米/小时相对而言并不是太难的事情，然而当动力水平再次由2000马力级提升至3000马力级时，却无论如何突破不了800千米/小时(至1964年止，活塞式裸旋桨动力所能达到的最高速度是Me.209V4原型机于1939年4月26日创造的——756千米/小时)。自从飞机出现以来，活塞式发动机+螺旋桨的组合一直是飞机固定的推进模式，对此很少有人提出过质疑，但现在这条路却似乎走到了尽头。

出于争夺1931年度“施耐德”杯的目的（这届比赛对意大利人至关重要，国为如果英国人再赢一次，“施耐德”杯就会永远属于不列颠了)，意大利人迫切需要解开高速飞行的奥秘。经过大量风洞试验与严谨的理论推算，路易基·斯蒂帕发现间题就出在螺旋桨上：当飞机的速度达到800千米/时，由于螺旋桨始终在高速旋转，桨尖部分实际上已接近了音速，这种跨音速流场的直接后果就是螺旋架的效率急剧下降，推力下降，同时，由于螺旋桨的迎风面积较大，带来的阻力也较大，而且随着飞行高度的上升，大气变稀薄，活塞式发动机功率也会急剧下降。这几个因素合在一起，决定了如果想要飞得更快，就必需抛弃活塞式发动机+螺旋桨的推进模式。

当然以现在的眼光，喷气动力无疑是高速飞行想当然的最佳选择，不过此时惠特利刚刚提出不久的离心式喷气发动机方案还只是倍受人们嘲笑的纸上谈兵，所以，改进的方向似乎只能在机体设计上打主意，结果路易基·斯蒂帕独辟蹊径，最终选择了一条完全不同的道路——把螺旋桨桨叶截短，将整个机身作为圆筒将其包起来，让气流从圆筒往后推，实际上这就是后来被人们称作涵道式推进动力的概念雏形。

简单的说，路易某·斯蒂帕设想的涌道式推进就是把螺旋桨移到了飞机肚子里，虽然说白了还是螺旋桨飞机，初看起来和普通螺旋桨方案没有太大区别，但是涵道内外的气流有速度差，在贝努力原理的作用下，涵道内的高速气流可以拖动涵道外的低速气流，可以产生比涵道内气流流动多至少50%的额外推力，而且螺旎桨环括在涵道内，既可阻挡风扇气动声向外传播，又结构紧凑、安全性高。此外，推力上的提高其实还只是一方面，迎风面积小的小直径螺旋桨不但推迟了螺旋桨推进效率在高速状态下降低的问题(同样的引擎，在涵道内只需使用一半直径的螺旋桨就可达到全尺寸的外螺旋桨所提供推力的120%)，更重要的是，涵道本身在平飞状态也产生升力，这时圆形的涵道实际上就构成了环形机翼。平直翼、后掠翼、三角翼甚至前掠翼是人们所熟悉的，但环形翼也是产生升力的一个有效方法。环形翼可以想象圆整后的上下双翼，而且上下双翼之间还用翼梢小翼连接起来。在同样翼展情况下，环形翼可以产生比水平翼吏高的升力（也就是说环翼中间的气压较低）、而且横滚稳定性的问题也比较好解决，滚到哪个角度对机翼都是一样的（尽管机舱里的人可能已经颠三倒四了）。不过，由于环形翼在气动分析和制造上比较麻烦不如平面翼简单，一直没有得到重视，这次在活塞螺旋桨涵道动力上的应用可算是歪打正着。如此这样一来，不但机翼的翼展可以在允许的范围内缩短，而且整个机身结构也可以大为简化——干脆直接以一个巨大的涵道构成机体本身都是可行的，这就使气动减阻得到了最优化，尽管如此设计出来的飞机看起来可能怪怪的，事实上，我们很快就会看到将这个想法付诸于实践的结果会是如何了。

不可否认，艺术的国度出产艺术的飞机，混身上下的艺术细胞使达芬奇的同胞们在这个时代成为了航空技术的弄潮儿，不过这次路易基·斯蒂帕却似乎打算用飞机玩一把视觉艺术

前面说过、那位好大喜功的“领袖”——墨索里尼的钱袋永远对“意大利高速队”是敞开的，因而路易基·斯蒂帕的设想得到了意大利政府的大力资助。1932年3月，路易基·斯蒂帕的作品从卡普罗尼的车间中走下装配架。由于这家伙果真将涵道式结构用到了极致，结果我们看到了一个活脱脱的航空怪物。简而言之，这架以其设计者命名的试验机就是一个插上翅膀的酒桶，完全可以用来当作反传统工业设计的活教材——整个机身是一只巨大的空心管道，其目的就是作为包裹一台活塞螺旋桨发动机的涵道，推进气流直接经由贯通的机身从尾部排出。我们可以想像，这种设计的结果是机身直径必然不会很小，事实上，这个尺度是根据螺旋桨来定的，结果我们在TALIEDO STIPA实机上看到，螺旋桨与机身涵道前缘直径严丝合缝，几无偏差。但这样一来，为保持机体涵道的贯通性，飞行员显然无法在机体内找到一个安身之处，结果敞开式的双人座舱只得“高升”，两名飞行员实际上是骑在这只酒桶上的。虽然在座舱的安排上被迫付出了一定的额外阻力代价，不过由于贯通的涵道式机体本身可以视作一种环形翼，所以路易基·斯蒂帕只为TALIEDO STIPA准备了一幅悬臂式中单翼——以1932年的标准这是极为先进的设计，而且也多少对座舱所带来的额外气动阻力进行了一定补偿（要知道，那仍是一个双翼机大行其道的年代）。

TALIEDO STIPA螺旋桨式涵道动力试验机侧视图

当然，要最大限度的享受涵道动力所带来的推力增量，如何增大涵道内外气流的速度差是关键，因而涵道的构形至关重要。一般来讲，当气体稳定地、连续不断地流过一个粗细不等的变截面管道时，由于管道中任一部分的气体不能中断，也不能堆积，因此，根据质量守恒定律，在同一时间内，流过管道任一截面的气体质量郡是相等的。也就是说，流体流过管道时，流体的流速与截面面积成反比，在截面面积大的地方流速低，在截面面积小的地方流速高。事实上，在日常生活中我们经常可以看到如下现象：在河道浅而窄的地方，水流得比较快，在河道宽而深的地方，水流得比较慢。另外，人站在两栋高楼中间要比站在平坦开阔的地方感觉风要大。这些都是流体连续性定理的体现。而贝努力定理则是能量守恒定律在气体流动中的应用——流体流速与压力呈反比，流体在一个管道中流动时，流速大的地方压力小，流速小的地方压力大。因而“贝努力定理”(流体流速与压力呈反比)与“流体连续性定理”一起，构成了路易基·斯蒂帕构造TALIEDO STIPA机体涵道的理论基础，企图一举解决提高升力、克服阻力两大难题，那么现在问题是如何通过一种理想的涵道构型将两种物理学原理结合起来？

由连续性定理和贝努力定理可知，流体在变截面管道中流动时，凡是截面积小的地方，流速就大，压强就小；凡是截面积大的地方，流速就小，压强就大。但结果我们发现，构成TALIEDO STIPA整个机体的涵道实际上却采用了一种特别的变截面管道设计，也就是前后扩张（但是扩张程度有差别，前小后大），中间收敛的构形。

乍看起来，这似乎有违利用连续性定理与贝努力定理带来推力提升的初衷。那么我们可以分析一下，路易基·斯蒂帕为什么要这样做。原来，我们一直忽略了气流密度变化所带来的影响。低速气流在流动的过程中，由于其密度变化不大，因此可以近似认为是不可压缩的，当管道收缩时气流的流速将增加，气流的静压将减小。反之，当管道扩张时，气流的流速将减小，而气流的静压将增加。但在较高速状态下情况则完全相反，随着气流速度的增加，特别是当其接近或超过700千米/时，气流受到强烈的压缩，压力、密度和温度都会发生显著的变化，此时气流流动特性会出现一些与低速气流不同的质的差别，收缩管道将使高速气流减速、增压；而扩张形管道将使高速气流增速、减压，这是因为横截面积的变化引起的密度变化，比横截面积变化引起的速度变化快得多，密度的变化占了主导地位的缘故。通俗的讲，管道横截面积的减小或增加，要求密度和速度的乘积也相应地增加或减小，而此值的增加或减小又是通过密度的迅速增大和流速的缓慢减小或者密度的迅速减小和流速的缓慢增加来实现的。那么事情就可一目了然了——涵道采用两头扩张中问收缩的哑铃状构型，才能保证在高速状态下带来附加推力的增升，这显然是路易墓·斯蒂帕在TALIEDO STIPA整体设计中的最精华所在。

当然，如此复杂的机体结构给建造带来了不小的麻烦，作为一架金木混合结构的单翼机。除了中间的木制骨架外，TALIEDO STIPA巨大的涵道式机身内外两层壳体完全是由工人们用纯手工将铝板敲制拼接而成，工装难度非常大，据称整整340个工时，约占全机制造工时的近2/3都花在了这个上面！说到这里，对于路易基·斯蒂帕的一片良苦用心，我想我们总该有所觉悟了吧。尽管这是一只看上去十分臃肿的“飞行酒桶”，但请不要忘记，它毕竟是为了探讨高速飞行的奥秘而诞生的。总而言之，一切为了速度！

建造中的TALIEDO STIPA机身。不了解内情的人，大概会想当然地认为卡普罗尼打算改行向酿酒业发展了。

然而，这种看起来标新立异的设计究竟是否能为TALIEDO STIPA带来预期中的收益，却还要打个大大的问号，因为受技术条件限制，理论与实际往往存在一定的落差，而这种落差有时是致命的。不幸的是，不久后的试飞证实了这种说法。1932年6月5日，身宽体胖的TALIEDO STIPA在人们关切的目光下被拖到了跑道……结果可以说是喜忧参半，喜的是这个酒桶居然确实飞起来了(路易基·斯蒂帕总算没有吹牛)，忧的是这只酒桶摇摇晃晃飞的并不好——最大速度只有可怜的68千米/时，远远低于预期的目标。当然，这其中机翼面积过大导致翼载过低可能是原因之一，但最大的间题恐怕还在于那台仅仅120马力的“吉普赛”活塞发动机——我们知道，因为空气压缩现象的存在，对于同样的涵道构型，气流在高速状态下与在低速状态下的表现是截然相反的，现在由于功率不足，进入机体涵道的气流流速始终只能在低速状态徘徊，而更不幸的是，TALIEDO STIPA的涵道式机体结构完全是按照高速气流状态进行优化的，这就使本来就已经很羸弱的动力进一步受到了削弱。当然，这个问题其实可以很容易解决，直接换台大功率发动机也许就能让意大利人体验一下什么是真正的涵道式动力，然而随即而来的另一个问题却完全断绝了这种可能性一一在机动飞行中TALIEDO STIPA机首唇部的迎角会不断产生变化，但由于涵道式机体结构的特殊性再加上涵道直径过大，这使其对迎角的变化十分敏感，当这个角度达到一定限度时不但导致了风扇进气的紊乱，同时也会引起局部失速，这就造成了整机升力分布的改变(事实上，这是环形机翼普遍存在的一个问题，也是至今此种机翼只见诸于实验机的原因)。结果在后来的试飞中飞行员发现该机操纵困难，反应迟钝，动作幅度稍微大一点都会是很危险的举动(其实，除了迎角过大会导致唇部失速外，涵道风扇式飞行器在高速度平飞时，为了实现纵向配平，整机重心垂向位置需要高于涵道阻力作用中心，否则操控性可能还会雪上加霜)。