鸭式布局前传,德国二战Hs P.75战斗机,融合了两项黑科技

事实上,人类历史上公认的第一架飞机------莱特兄弟的“飞行者一号”就是鸭式布局,由此可见这种布局并非什么新鲜事,到如今四代战机“台风”、“阵风”、JAS-39“鹰狮”、歼-10清一色的鸭式布局,堪称“鸭翼四杰”。从1903年至今人们对这种布局的探索已经将近百年,在这波鸭翼布局的高潮之前实际上还有一次鸭翼的高峰,那就是二战时期的“鸭翼前五杰”。

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“鸭翼四杰”的歼-10C

德国“鸭翼”战机的背景

德国亨舍尔Hs p.75是“鸭翼前五杰”中唯一没有进入原型机阶段的方案,但这并不妨碍将该型作为五杰中的翘楚,原因在于德国当时的航空科技实力。作为一个连ME-262和Ho-229这样的怪物战机都能送上天空的国家来说,因何德国人会在Hs p.75这样“低调”的项目上“入坑”?

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Hs p.75设计图

二战德国的航空科技成就斐然,几乎研究过人类能想到的所有的气动外形,鸭式布局这种方案,自然没有放过,结合德国工程师特有的严谨性,使得德国的鸭式布局研究井然有序。1941年,德国航空部开始重型战斗机招标,原因是“大名鼎鼎”的BF-110双发重型战斗机糟糕透顶。要求新型战斗机是一款兼顾大航程、高航速、重火力而且有着超强机动性的新飞机

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Hs p.75设计图

亨舍尔公司接到德国航空部的标书之后,经过工程师们理性分析之后,确定了Hs p.75鸭式无尾布局设计方案,鸭式无尾布局可以利用前翼涡流对主翼面流场形成有利干扰,改善飞机在大仰角状态下的翼面气流和升阻比特性,从而提高飞机的机动性和起降能力,经过上万次的风洞试验,更是证明了采用鸭式布局的升力系数要比与它相同翼载的常规布局提高55%。所以,在德国工程师们开来,重型战斗机非鸭式布局莫属。

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Hs p.75三面图

实际上鸭式前翼和机翼间的相互气流干扰十分敏感,技术难点在于各翼面几何参数的选择及其相对位置,这些参数和位置对飞机的总体性能影响极大,稍有不当就会带来更大的阻力,会造成纵向、横向和航向气动特性的异常,需要经过大量的计算和风洞试验进行学术性的权衡;最终亨舍尔选择远距鸭翼布局,也称远距耦合鸭式布局。

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Hs p.75鸭式布局

远距耦合鸭式布局的起源

远距鸭翼布局中,由于前翼距离主翼较远,相互的干扰较小,各翼面参数匹配相对容易,且前翼不仅产生升力,且翼尖涡与主翼气流会产生有利的气动干扰,使得飞机总升力大于常规布局升力总和,而且使机翼的气动载荷向内侧移动,减小机翼弯矩,从而减轻飞机重量。另外前翼使飞机的升力作用点在重心之前,飞机有一个抬头趋势,所以通过机翼后缘操纵面的向上偏转,可以形成有利机翼弯度,从而减小配平阻力,提高飞机的机动性能,前翼还增加可飞机纵向操纵的灵敏度,大幅提升飞机的敏捷性;尤其是高速飞行时,远距耦合鸭式布局比常规布局飞机有更小的配平阻力,从而提高飞机的高速稳定盘旋能力。但缺点是飞机长度可能加大,使飞机的重心和气动中心的位置变化相对敏感,增加了飞机的操纵难度。

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Hs p.75重型战斗机

Hs p.75作为单座单发重型战斗机,采用创意型的正反对转螺旋桨,最大起飞重量7500千克,装备一台戴姆勒-奔驰DB613液冷发动机,总功率高达3500马力。鸭式布局注定Hs p.75采用尾推式动力布局,此布局有利于飞行员的视野和军械布置。Hs p.75前翼后掠,主翼为前缘后掠的平直翼。四门30毫米口径几炮全在机头,如此强悍的火力足以傲视群雄了。

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Hs p.75正反对转螺旋桨

“翼身融合”的起源

Hs p.75居然是一架采用了“翼身融合”设计的飞机,前缘后掠的平直机翼和细长机身设计成修长的纺锤体,机身和机翼融合一体,没有明显的结合转角,两者过渡非常平滑,实际上机身也像机翼那样成为一个升力体,显然Hs p.75如此设计和现代战机设计殊途同归,算得上“黑科技”。

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Hs p.75“翼身融合”设计

“翼身融合”气动布局的特点是,机身与机翼光滑过渡,在飞机纵轴的最大截面处,机身和机翼完全融合,机翼和机身之间的传统的界限完全消失,即机翼和机身融合成一个能够提供升力的整体,极大的减小了机身与机翼间的干扰阻力和激波阻力,增大升力面,使最大升力系数得到提高,有利于飞机性能提高,改善了结构受力情况,降低了结构重量,有效增大了机内空间,特别是对续航力和机动性改善最为明显;总之,翼身融合对于提高飞机的性能来说,无疑是创举!

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Hs p.75

Hs p.75凭借翼身融合实现了低翼载和机动性的完美结合;同时,翼身融合形成的升力体拥有宽大的机内容积,使得Hs p.75可以携带3000升的油量;值得注意的是Hs p.75的垂尾被反常的设置于机腹,其目的是避免飞行员跳伞是的撞击几率;基于同样原因,在螺旋桨根部装置爆炸螺栓,甚至还设计了弹射座椅;Hs p.75采用了前三点起落架,这在当时同样是先进设计。 亨舍尔公司同时还设计了HS P.87款战机,和Hs p.75款最大不同在于垂尾从机腹移到两个主翼翼尖。

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Hs p.75

因何成为航空史上的传说

Hs p.75距离走下绘图板只有一线之隔,德国工程师们煞费心血保证了Hs p.75战机的严谨和先进,我们完全有理由相信这是一款以争夺制空权为目的“空优”重型战斗机,该机在设计上追求大航程、高机动、重火力、高航速就可以看出这一点。

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HS P.87款战机

但是战争的进程发生重大变化,1943年后德国战局迅速恶化,盟军的轰炸机群轮番轰炸德国本土,情况已经不允许德国人继续在Hs p.75这种结构复杂的重型制空战斗机上投入更多精力和时间,能让德国少挨炸弹的截击机就像“黄油和面包”一样重要,Hs p.75高昂的造价和结构复杂的产能也自然成为德国航空部的“眼中钉”;

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HS P.87款战机

形势的逆转让德国整个高层对于技术装备的发展态度变得短浅,任何项目都要求在短期内能达到实用化,否则就下马,基于这种原因导致了相当数量有前景的项目夭折,显然Hs p.75就是这样一个牺牲品。就连二战日本都能剽窃意大利的技术把“震电”鸭式布局战机飞上天,相信航空科技更发达的德国没有理由造不出Hs p.75,时也命也!

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HS P.87款战机

自此,德国整个二战都没有拿出任何一款能飞的鸭式布局的战机,可见因为技术超前、制造精细最终“折戟沉沙”的飞机古来有之,航空科技探索之路永无止境。

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HS P.87款战机

亨舍尔Hs p.75主要数据

最大起飞重量:7500千克

发动机:一台戴姆勒-奔驰DB613液冷发动机(3500马力)

最大航速:790公里/小时

航程:3000公里

作战半径:1200公里。

翼展:11.30米

机长:12.20米

机高:4.30米

机翼面积:28.40平方米

翼载荷:264千克/平方米

升限:12000米

军械:4+30毫米MK108型机炮


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