02.27 從未登場的“巫毒”——麥克唐納“群魔亂舞”的起始

第二次世界大戰前夕的1939年,美國人詹姆斯·麥克唐納創辦了麥克唐納飛機公司。這家初創的飛機公司並沒有在二次大戰中大顯身手,那時美國最著名的飛機公司是北美、格魯曼、波音、道格拉斯、諾斯羅普、寇蒂斯等一系列老店,麥克唐納飛機公司靠生產別人的飛機度過了二戰。

二戰後,隨著飛機訂單的急劇縮減,生存成了頭等大事。噴氣時代的來臨,麥克唐納激進甚至極端的直接走上了噴氣戰鬥機發展思路,使其迅速成為海軍的主要艦載機供貨商,麥克唐納在F1H“鬼怪I”小試鋒芒之後、F2H“女妖”和F3H“魔鬼”分別生產了895架和522架,這些飛機的產量在那個時代都沒突破四位數,算不上成功。

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F2H-2“女妖”


從未登場的“巫毒”——麥克唐納“群魔亂舞”的起始

第一架 F3H-1N 在 F2H“女妖”的陪伴下進行試飛

麥克唐納真正的第一款成功產品是F-101“巫毒”,F-101發展成為用於核轟炸的戰鬥轟炸機、全天候攔截機以及戰術偵察機。“巫毒”是第一種平飛速度超過 1,600 千米/時的生產型戰鬥機。各型一共生產了 807 架,其中 B 型 480 架,RF-101C型參加了越戰。

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第 27 戰鬥轟炸聯隊的 F-101A 53-2425

相對於F-101,麥克唐納更為成功的產品就是F-4“鬼怪II”(Phantom)。F-4是美國空、海軍、海軍陸戰隊六、七十年代的主力戰鬥機,參加過越南戰爭和中東戰爭,總產量超過5000架,是戰後美國產量第二的戰鬥機。麥克唐納一躍成為美國主要的飛機生產商。

1967年麥克唐納兼併道格拉斯飛機公司,改名為麥道。麥克唐納和道格拉斯合併後不久,就趕上了美國空軍的第三代戰機計劃。1969年12月,美國空軍宣佈麥克唐納.道格拉斯所提出的設計方案在F-15計劃競爭中獲勝,成為該計劃主承包商。F-15“鷹”於1972年7月首飛,1974年首架量產機交付美國空軍使用,直到現在。

除戰鬥機以外,麥道公司還生產了一些知名的商業飛機,如DC-8、DC-9、DC-10客機和後與中國合作的MD-82。麥克唐納也成功地擠入到水星和雙子星計劃。1997,麥道被波音公司兼併。

從麥克唐納生產的一系列戰鬥機的命名就可以發現,採用的都是妖魔鬼怪,據說麥克唐納相信超自然主義,所以他的飛機經常被賦予超自然的名字,例如鬼怪(Phantom),魔鬼(demon),精靈(goblin),巫毒(voodoo)等。

然而麥克唐納的一系列“妖魔鬼怪”的始祖卻是從沒登上舞臺的XF-88“巫毒”開始的,揭開了麥克唐納一系列尾梁式戰鬥機的大幕!

美國陸航在二戰中學到了痛苦的教訓——護航戰鬥機對深入敵境的轟炸機能否倖存至關重要。但第一代噴氣式戰鬥機油耗很高,缺乏活塞式戰鬥機的航程和續航力,無法擔負護送 B-29、B-50 和 B-36轟炸機的重任。為了嘗試解決這個問題,陸航考慮了所有能顯著增加噴氣式護航戰鬥機航程的方案,其中包括一些稀奇古怪的創意。其中的一個方案是轟炸機拖曳護航戰鬥機飛至戰區,然後釋放戰鬥機實施護航。陸航用 B-29、B-50 進行了幾次 P-80、P-84 的拖曳試飛,不是很成功且十分危險。還有一個方案沿用了 30 年代的寄生戰鬥機概念,大型轟炸機機腹下掛載噴氣式戰鬥機,可在飛行中釋放。其中最著名的例子就是麥克唐納 XF-85“小鬼”。還有康維爾 XP-81 混合動力戰鬥機方案,以及幾乎是飛行油箱的大型、笨重的貝爾 XP-83 方案。

從未登場的“巫毒”——麥克唐納“群魔亂舞”的起始

康維爾 XP-81 混合動力戰鬥機


從未登場的“巫毒”——麥克唐納“群魔亂舞”的起始

貝爾 XP-83“飛行油箱”

為了解決這一難題,1946 年初美國陸航非正式地頒佈了“穿透戰鬥機”的規格建議書,要求該機的作戰半徑不低於 1,448 千米,性能可與所有敵方戰機匹敵。此外陸航還希望該機的全重能低於 6,804 千克。

在陸航需求的刺激下,1946 年 4 月 1 日創立不久麥克唐納公司啟動了 Model 36 的研究工作。Model 36 計劃是一種大型雙發飛機,安裝兩臺 1,361 千克力的威斯汀豪斯 J34 發動機。一開始麥克唐納的設計師想把發動機佈置在兩側翼根,但是不太理想,後來將發動機並列佈置在機身中段下方,也較易維護。直通式進氣道佈置在兩側翼根,並列尾噴管在後機身下方。麥克唐納希望這種佈局能留出足夠的機身空間裝載燃料以便執行遠程穿透任務。該機機翼後掠 角35 度,尾翼為 V 尾。麥克唐納選擇 V 尾是試圖通過把尾翼從三片減至兩片來降低空氣壓縮效應。後機身安裝了一組開孔減速板,座艙安排在前機身視野開闊處,武器為 2 門 20 毫米機炮。

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威斯汀豪斯 J34 發動機,該公司最後在航空發動機領域一敗塗地

陸航對該方案很感興趣並在 1946 年 5 月 7 日與麥克唐納簽訂了意向書。1946 年 6 月 20 日陸航又授予麥克唐納 2 架 XP-88 原型機的研製合同,序列號 46-525 和 46-526。1946 年夏模型完工,8 月通過審核後進行了一些修改,翼根進氣口改為後掠 40 度並增加了附面層斜坡以改善總壓恢復。初步風洞試驗表面 V 尾在作為方向舵使用時會產生不良滾轉並且在近失速狀態時縱向穩定性不足。因此 V 尾被傳統尾翼取代,平尾固定在垂尾中段以避開機翼氣流的干擾。

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首架 XF-88 原型機(46-525),此時還未安裝加力燃燒室,尾部下方造型較簡單。注意尾翼已由 V 尾改為傳


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XF-88 尾部向前打開的多孔減速板

陸航對修改後的設計表示滿意,1947 年 2 月 14 日最終確認了兩架原型機的訂單。1948 年 6 月 11 日,因為美國空軍(USAF)成立,XP-88 的編號改為 XF-88,並出於麥克唐納用妖魔鬼怪來命名飛機的傳統,正式授予XF-88,“巫毒”(VOODOO)的綽號。這便是後來麥克唐納一系列尾梁式戰鬥機的始祖!

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XF-88“巫毒”

1948 年 8 月 11 日首架原型機(46-525)下線,隨後被運至穆洛克幹湖進行試飛。1948 年 1 月 20 日該機在麥克唐納首席試飛員羅伯特·M·艾德霍爾姆駕駛下首飛。該機的發動機是兩臺 1,361 千克的威斯汀豪斯 XJ34-WE-13 軸流式渦噴,沒有安裝武器。

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試飛中的 XF-88 46-525 外形流暢優美。

試飛階段出現了一些小問題,由於 S 形進氣道影響了進氣效率,起飛時導致一些推力損失,為此在進氣道靠近輪艙的部位增加了彈簧式輔助進氣門來解決這一問題。另外該機的滾轉率不足,通過將副翼弦長增加 26% 在一定程度上解決了此問題,但完全解決的話需要提高機翼的扭轉剛性。俯衝減速板完全打開後出現過度抖振,通過打孔並將展開角度限制在 45 度解決了此問題。為了解決阻尼不足的方向振盪和不良滾轉耦合問題,設計了人工增穩手段,並使用了偏航阻尼系統,用一個偏航速度陀螺來控制方向舵。

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XF-88 三面圖

經過上述改進後,該機的操控特性總體上令人滿意。但是性能卻讓人失望,主要是沒有達到航程要求以及超重。海平面最大速度只有 1,032 千米/時,低於已經投產的 F-86“佩刀”。XF-88 爬升至 9,144 米耗時約 6 分鐘。最初估計的戰鬥全重 7,484 千克被證明是過於樂觀了,在安裝了 USAF 要求的附加設備並經過各種改進之後,戰鬥全重一舉增加到 9,072 千克,雪上加霜。為了滿足航程要求,除 2,779 升的內油外,翼尖還可掛載兩個 1,325 升的副油箱,但風洞測試表面翼尖副油箱會導致嚴重的失速問題。

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XF-88 掛載翼尖副油箱的式樣(模型)

XF-88 動力不足,為此麥克唐納建議在第二架原型機上安裝帶加力的 J34 發動機,生產型 F-88 則安裝 2,722 千克靜態推力的威斯汀豪斯 J46 加力渦噴發動機。USAF 並沒有出資支持安裝 J46 的研究,但同意第二架原型機安裝 J34 加力型。但是更換髮動機比預計的要困難,威斯汀豪斯發現僅依靠 1.32 米長(出於離地間隙考慮所允許的最大長度)的加力燃燒室,難以達到預計的推力。麥克唐納被迫自行研製加力燃燒室,他們設計的燃燒室僅長 76.2 釐米,重 99 千克,使威斯汀豪斯的 XJ34-WE-15 發動機最大推力從 1,633 千克增加到 2,189 千克。

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換裝了 XJ34-WE-15 發動機的 XF-88 46-526,尾噴管造型有所不同

第二架原型機(46-526)安裝了 XJ34-WE-15 加力發動機,機翼內增加了軟式油箱以將內油增加到 3,157 升。1949 年 4 月 26 日該機首飛,性能提高明顯——海平面最大速度接近 1,127 千米/時,爬升至 9,144 米耗時 4 分鐘,起飛滑跑距離縮短了 20%。

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試飛中的 XF-88 46-526,由於安裝了加力燃燒室,導致尾部突出

XF-88A 還要面對美國空軍穿透戰鬥機招標的激烈競爭,洛克希德 XF-90 和北美 XF-93A 都是強勁的對手。XF-90 是 1949 年 6 月首飛的雙發設計,YF-93A 是 F-86“佩刀”的重大改進型,最初的編號是 F-86C。在穿透戰鬥機競標中,美國空軍最初因與“佩刀”的共通性而青睞北美的設計,1948 年 6 月 USAF 授予北美 118 架生產型飛機的合同,補充合同 2 架。1948 年 12 月麥克唐納被指示停止 F-88 的進一步研發,但允許繼續試飛兩架原型機。

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洛克希德 XF-90A 原型機,明顯改進於F-80


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北美 YF-93A ,也沒有笑到最後

看起來 XF-88 似乎已經謝幕,但是 1949 年 2 月 美國空軍突然取消了 F-93A 的生產訂單。原因有幾條,也許最重要的一條是當年軍費開支的大幅削減。預算受限後 USAF 決定優先研製截擊機和戰略轟炸機。此外一個高級委員會認為空軍有暗箱操作嫌疑,決定在三種競爭機型間展開對比試飛決出勝者後先不簽訂任何生產合同。

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1949 年麥克唐納團隊在慶祝 XF-88 的第 100 次飛行

1950 年 6 月 30 日~7 月 8 日間,洛克希德 XF-90、麥克唐納 XF-88 和北美 YF-93A 之間進行了對比試飛。1950 年 8 月 14 日評估委員會宣佈 XF-88A 勝出。但是由於朝鮮戰爭的爆發,美國空軍需要優先生產已有的戰機,麥克唐納的勝利並沒有使其獲得任何訂單。此外隨著 B-47 和 B-52 這類的高速遠程噴氣式轟炸機的出現,軍方認為它們有足夠的能力規避敵方的攔截,對穿透戰鬥機的興趣已經不大了。

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XF-88 雙機

在裝備司令部(AMC)的要求下,1949 年 10 月在完成了愛德華茲空軍基地(AFB)的I階段試飛後,第一架 XF-88(46-525)返回麥克唐納進行 XF-88B 的改裝——一架超音速螺旋槳研究機,用於測試艾利遜 T38 渦槳發動機和 27 種螺旋槳組合。XF-88 在機鼻偏左位置安裝了一臺 2,740 馬力的艾利遜 XT38-A-5 渦槳發動機,為此前起落架被移到右側。非加力的 XJ34-WE-13 也被 XJ34-WE-15 取代,機翼內增加了軟式油箱。為了安裝試飛設備,內油容量減至 2,056 升。為了平衡機鼻的渦槳發動機重量,後機身增加了 109 千克的配重。1953 年 4 月 24 日首飛。XF-88B 多數時間在蘭利航空實驗室試飛,1955 年損壞的 XF-88A 被用於向 XF-88B 提供備件。試飛一直持續到 1956 年,該機是美國空軍序列中最後的螺旋槳戰鬥機。

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在依靠渦噴飛行時,螺旋槳處於順槳狀態


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正在降落的 XF-88B 46-525

儘管 XF-88 贏得了穿透戰鬥機的投標,滿足了空軍的技術需求,但美國空軍戰略的轉變使得它從未投產,但該機的研製讓麥克唐納掌握了噴氣式戰鬥機設計的基本規律,該機的尾梁式機身佈局成為麥克唐納以後的一些列戰機的經典佈局,從F3H到F-101直到F-4,一脈相承。從下面幾張圖就可以看出這種佈局的傳承。

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XF-88


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F-101B


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美國海軍的F3H-2


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F-4C

XF-88雖未投產,但隨後該機在進行大量修改後,以 F-101的身份重出江湖,F-101繼承了XF-88的名號依舊稱為“巫毒” 由此可見二者的關係。

1951 年 11 月 30 日,新的改進型 F-88 編號被定為 F-101,化身F-101的“巫毒”在穿透、護航、戰術打擊、核打擊、照相偵察、換裝訓練等任務上表現出色。是美國空軍在50年代通用型最強的戰鬥機。

從未登場的“巫毒”——麥克唐納“群魔亂舞”的起始

F-101A 與第二架 XF-88 原型機的直接對比,機身加長加寬以增加內油容量,平尾移到垂尾頂部

1953 年 8 月,當時麥克唐納設計師 Herman Barkley 領導了一個設計團隊,最初的目標是提升本公司 F3H“惡魔”艦載戰鬥機的性能和多用途性以獲得更多的訂單。設計團隊提出了幾種差異很大的方案,公司非正式的將它們全部命名為 F3H-X,因為設計理念都脫胎於 F3H。最終這個設計誕生了美國二戰後產量第二大的戰鬥機F-4"鬼怪II",麥克唐納的尾梁設計在"鬼怪II"身上得以延續。

從未登場的“巫毒”——麥克唐納“群魔亂舞”的起始

F-4的初始設計,F3H-G 全尺寸模型,基本上是 F3H 的雙髮型。


從未登場的“巫毒”——麥克唐納“群魔亂舞”的起始

1958 年 5 月 27 日 YF4H-1 的處女航



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