02.23 為噴氣發動機找到最合適的安裝位置:德國噴氣戰鬥機的發展之路

1942年中旬,裝備一對Jumo 004發動機的Me-262完成首飛,受限於鎳、鈷、鉬等稀有金屬的匱乏,製作渦輪扇葉和燃燒室這類耐高溫金屬零件一直阻礙著Jumo 004發動機的量產。

為噴氣發動機找到最合適的安裝位置:德國噴氣戰鬥機的發展之路

大量使用稀有金屬的A型發動機大修間隔50小時,以低碳鋼為主要材料的B型發動機大修間隔壓縮到了三十小時內,以壽命為代價的B型才最終解決量產問題;噴氣式戰鬥機正式登上空戰舞臺,接下來更好的噴氣式戰鬥機應該是什麼樣的呢?

吸取Me-262的經驗

作為初代噴氣機,一切都是未知,試飛階段德國空軍發現噴氣機對飛行員的容錯率更低,可以說是苛刻;擁有領先時代的速度,控制油門時卻要小心翼翼。

缺乏培訓的新手難以適應噴氣發動機的使用節奏,要想達到極速需要漫長的加速,緩慢推動油門五分鐘才能達到最大推力,油門加減過急發動機就起火或罷工停車。起飛速度比普通螺旋槳飛機高很多,對飛機輪胎要求很高,如果輪胎質量不好在超過三百公里的滑跑階段容易爆胎,造成機毀人亡。

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滑跑準備飛行的Me-262

Me262的著陸階段也很考驗飛行員,因為降落速度也很高,加之降落時一般超過四噸,降落不夠溫和很容易造成起落架折斷;<strong>從螺旋槳戰鬥機到噴氣式戰鬥機,是航空技術的進步,卻是對飛行員的一次篩選。

Jumo 004總是因可靠性與壽命頗受詬病,優點被埋沒是因為德國空軍發揮不出來。Jumo 004發動機是不怎麼挑油的,航空汽油、柴油、煤炭液化合成燃油都行,主要是德國當時過於缺油,用汽柴油效率比較低,消耗過大,才使用的合成燃油。比bf-109一個架次燃油消耗多四倍的問題一開始就暴露出來。

福克沃爾夫探索單發噴氣機的解決之道

在梅塞施密特的Me-262實裝噴氣式發動機後,製造FW-190的福克沃爾夫也認識到過去噴氣機實驗項目的不足,在庫爾特·譚克的主導下,福克沃爾夫的研發團隊開始進行大量的噴氣機設計草案篩選。

雙發的262可以置於翼下,但是雙發成本過高,能大規模量產的單發噴氣機的發動機應該裝在哪兒呢?譚克的工作便是找到這個位置。設計一款單發噴氣式戰鬥機能夠取代Me-262。

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Focke-Wulf P.II三視圖

1943年中旬,譚克的研發小組提出Focke-Wulf P.II單發設計方案,出於方便機務維護與更換髮動機的思路,直接將發動機置於腹下;使用當時已經接近量產的Jumo 004B發動機,由硬鋁和鋼製造。

武備:FW P.II計劃使用兩門MK 108三十毫米機炮,安裝在飛行員座位後方的兩側,每門備彈70枚置於飛行員座位背後的彈箱內,也可以換裝MK103機炮。

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Focke-Wulf P.II的武器和油箱佈局

另外在機翼的根部安裝了兩門MG 151/20機炮,每門備彈175發,彈箱位於兩個主油箱之間,安裝了Revi 16 C瞄準具輔助射擊。

防護:FW P.II對飛行員的保護還是很全面的,其中駕駛艙前機鼻為嵌入機身結構的13毫米鋼板,之後為厚度7毫米的鋼製裝甲板,前風擋使用58千克厚達50毫米的防彈玻璃,座椅兩側為12毫米裝甲板,座椅後為15毫米裝甲板。飛行員背後的阻燃油箱和機炮彈藥箱起到雙重防護,保護飛行員免受後方射擊。

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設計:飛機襟翼與副翼使用液壓控制,兩個軟質阻燃主油箱可容納650千克合成燃油;為了方便機務的維護,腹下發動機使用滑道安裝在發動機艙內,方便取下更換;起落架採用液壓驅動,前起落架機輪尺寸為500×81 mm,主起落架機輪尺寸660×160 mm。前輪收回時通過液壓動作筒,放下時藉助自身重量和高速氣流。主起落架遠離機身,向內收回。

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起飛Focke-Wulf P.II

然而完成設計的FW P.II迅速因為正在試飛的Me-262暴露出的發動機容易吸地面異物導致發動機報廢缺點放棄。

離地太矮,置於機腹易報廢

因為早期噴氣式戰機個頭還是比較小的,比如262與P51差不多大,下圖可見P51與F22的個頭差距。早期噴氣機怕異物,現在的噴氣式發動機同樣怕異物,所以混凝土跑道需要經常清理,防止跑道異物破壞發動機。

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P-51野馬與F22


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Me-262與P51與噴火

雖然直到現在也沒有啥防異物的方法,但是現在飛機個頭更大,進氣口離地間隙更高,葉片的進步使得就算吸入微小異物也不會立刻報廢。但是二戰時期的發動機就要嬌氣的多了,前四架原型Me-262得益於後三點起落架,發動機抬起,進氣口離地間隙比較高,發動機吸入異物的毛病倒沒顯現出來。

不過後來量產型沒用後三點起落架是因為 Me 262 機鼻很長,原先的後三點式起落架使前方視界很差,而且在滑跑時由於機翼的遮擋,平尾失效,拉起困難。在試飛員的建議下,從五號原型機開始,後面生產的都使用前三點起落架,然而相比於完善的試飛場,前線機場跑道就要複雜很多了。

使用前三點起落架的262發動機進氣口離地間隙只有半米左右,很容易吸入跑道上的異物,造成發動機停車報廢,從那時起262便離不開打掃乾淨的混凝土跑道。

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Me-262狹小的離地間隙

不置於機腹那就裝在背上

譚克推翻發動機置於腹下的FW P.II設計案,Focke-Wulf P.III將發動機置於機背,進氣道置於機身兩側,與Hs 132轟炸機和He 162單發戰鬥機相同,不過將發動機置於機背噴口未做處理,導致工作時產生一個下壓力,飛機難以拉起。Hs 132與He 162直接將進氣口也設計在機背,導致飛機拉起角度過大時,發動機進氣不足空中停車。

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He 162


當時技術條件下最好的解決方案:Ta 183

在1944年初,帝國航空部(RLM)意識到了盟軍噴氣式飛機的發展,依靠現有的螺旋槳戰機與正在試用Me-262難以抵擋。帝國航空部迅速制定了" 緊急戰鬥機計劃",從 1944年7月3日生效終止大多數轟炸機和多用途飛機的生產,集中所以生產線生產戰鬥機,特別是噴氣式戰鬥機。加快單發噴氣戰鬥機的研發,用於將來替代還沒服役的Me-262。

譚克團隊經過FW P.II與P.III項目總結的經驗成果有了用武之地,與容克斯EF 128展開競爭。Ta.183設計翼展10 m,長9.2 m,起飛重量為4300 kg,在7000m高度時速度達到955 km / h,升限可達14400 m,綽號"烏鴉"。

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Ta 183結構圖


Ta 183沒有采用太過超前的前掠翼或者飛翼,設計比較保守,可行性相比於榮克斯EF 128高很多。Ta 183的革命性設計在於發動機置於機身內部,由機頭進氣。<strong>德國航空業終於在腹下到機背後,找到了那個時代最合適的噴氣發動機安裝位置。

同時期的霍頓飛翼將進氣道置於機鼻兩側,得益於噴口偏轉向下,不再出現無法拉起的情況,前起落架的高度也提供了充分的離地間隙;因為沒有電子計算機的輔助,翼面解耦問題不解決,飛翼也難以投入戰場。同時德國飛機設計師也意識到無尾翼設計在跨音速下遇到嚴重的穩定性問題,導致Ta 183的很多競爭產品失敗。

不同於後來的MIG-15戰鬥機,Ta 183的飛行員正坐在進氣道之上,而MIG-15是在機頭隔板分離後進氣道在飛行員座艙兩側,得益於擁有前端較長的一段進氣道,進氣口吸氣更加集中,比主起落架更長的前起落架使機頭抬起,減少了吸入異物造成發動機失去作用的幾率。

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Ta 183作為戰爭後期德國航空部抓到的最後一根稻草,也不得不面對越來越匱乏的資源現狀。它和Ho 229、He 162一樣,極力壓低生產成本和難度,除了主樑等結構件外,機體使用木質材料生產。

Ta 183的外形很短小可愛,翼面比例誇張,其實大小已經接近雙發重型戰鬥機Me-262,在火力上並不縮水,裝備頗具殺傷力的4門MK-108三十毫米機炮。

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Ta 183獵殺美國XB-35飛翼轟炸機想象圖

具有世界第一代戰鬥機典型特徵的Ta 183還計劃裝備世界上第一款空對空導彈魯爾斯塔X-4,作為一款目視範圍內使用的近程空對空導彈,射程在3-5公里之間,導彈採用線導方式控制,就像今天的線導魚雷一樣,從1939年經過了五年測試已經在1944年進入量產階段,在戰敗前生產一千餘枚,專配給緊急戰鬥機計劃的勝利者,不過直到戰敗Ta 183的原型機都還沒造完,X-4導彈終究沒給它的研製者帶來任何實戰成果。

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1945年2月,在德國空軍最高司令部舉行的戰鬥機大賽中,譚克的Ta-183擊敗了競爭對手,其中包括臭名昭著的可變後掠翼戰鬥機,為了表彰紀念主設計師庫爾特.譚克(Kurt Tank),空軍以他姓氏的前兩個字母將飛機命名為Ta 183。

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庫爾特.譚克

空軍首先要求製造16架原型機;Ta 183 V1到V3原型機裝備Jumo 004V發動機進行試飛,V4至V14作為預生產型號,V15和V16兩架飛機用作靜態測試。第一架原型機計劃在1945年5月至6月進行試飛,同年10月開始批量生產。<strong>但是1945年4月8日,德國Ta 183戰鬥機的使命便結束了,當日英國步兵佔領福克沃爾夫工廠,設計案被蘇聯軍隊在柏林帝國航空部的大樓中發現。

結語:可行的設計,在戰後得到延續

Ta 183戰鬥機對航空發展的貢獻是巨大的,多年以來,它所提供的解決方案在其他國家的數千架飛機中得到應用,多數一代戰鬥機具有和它相同的典型特徵:機頭進氣,機身就是進氣道與發動機的組合,大後掠機翼。

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F-86與米格15戰鬥機

Ta 183如它的外形般像個小雞仔,雖然"萬物起源於德國"是個錯誤認識,但Ta 183的確影響了戰後數十年間的戰鬥機設計,包括米格15、米格17,F-84和F-86,法國達索暴風雨戰鬥機,逐漸修型完善,從小雞仔長成了大飛機。而作為Ta 183的設計者,譚克戰後移居阿根廷繼續Ta 183的研發,設計出阿根廷的箭I與箭II戰鬥機,無奈於阿根廷薄弱的工業基礎與不穩定的政治環境,德國終極噴氣式戰鬥機Ta 183的正統續作在南美消亡,被阿根廷人稱為“失落的夢想”。

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阿根廷箭II戰鬥機



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