FJ系列舰载战斗机——喷气时代美海军对后掠翼设计的探索与沿用

北美航空公司在二战末期为刚成立不久的美国海军设计的FJ-1狂怒舰载机开启了海军在喷气式战机上的初步开放式探索,而在FJ-1之后的后续狂怒机型也让美国海军在喷气式战机使用上从探索逐渐走向了成熟,同时也是美国海军从平直翼舰载机到后掠翼舰载机上的一个跨越。

FJ系列舰载战斗机——喷气时代美海军对后掠翼设计的探索与沿用

✈ 上世纪三四十年代,航空工业不断发展,特别是经过战争的刺激使得以活塞发动机为动力来源的螺旋桨飞机得到了高速发展,相较于早期战机那个时候的战机性能已经提升了许多。但是毕竟是以活塞发动机为动力来源,性能最终有个顶点。于是开发比活塞动力战机更高级的战机就是一个较为重要的事。

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英国喷气发动机鼻祖:佛兰克·惠特尔和其涡轮发动机模型

事实上在螺旋桨战机高速发展的年代,涡轮式喷气发动机就已经被制造了出来。1937年世界上第一台涡轮喷气发动机在英国被制造了出来,但是其真正安装到了战机上却是在二战爆发后。而几乎就在同时,纳粹德国凭借着高度的敏感性对英国的实用性喷气理论进行研究并在1937年2月开发出代号为“HeS1”的喷气发动机,并领先英国对战机进行了首飞,成为了世界上第一个成功搭载涡轮喷气发动机进行首飞的国家,而德国也自然成了二战期间喷气式战机的暂时领先者。

FJ-1—美国海军对于喷气式舰载机的初步开放性探索

在二战爆发后,英国和德国自然都抓紧了喷气式战机的研发,而此时的美国由于比较保守已经被甩在了后面,而当时的美国陆军航空队(1947年成立的美国空军的前身)已经按耐不住性子也急需喷气式战机投入战场进行使用,于是就出现了专为陆航打造的P-59和F-80喷气式战机。

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美陆军航空队早期的经典喷气战机:F-80

而在1943年刚成立的美国海军在对待喷气式战机上的态度相比较陆军航空队来说显得非常谨慎,他们认为喷气式战机才刚起步,而在海上进行作业的战机风险比陆航大很多,所以海军对于全喷气式战机的探索并没有陆航放得开。他们在早期先使用了喷气+活塞的混合动力战机,但是其性能并不理想,安全性能也不高。于是在后来初步接受了一款保守设计的全喷气式战机FH.1鬼怪,初步完成了从活塞战机到喷气战机的过渡。但是毕竟其只是初步探索,采用的设计非常保守,所以其性能也并不佳。

所以美国海军需要一款相较于FH.1在喷气式战机上进行放开式探索的战机,而这也就催生了北美航空公司FJ-1的诞生。

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现存于美国杨格航空博物馆中的FJ-1战机

北美的FJ-1战机是1944年底美海军向各航空公司发出喷气舰载机竞标的获胜产品之一,竞标时的产品设计代号为NA-134,原型机代号为XFJ-1。在机身设计方面其依然比较保守,采用了传统的下单翼,平直机翼再加上桶装机身,动力系统采用了通用电气公司的J-35轴流式喷气发动机,进气方式为机头进气。原型机XFJ-1上面在机翼部分装了可升降的齿耙减速板,在机翼的上下各一块。后来改成了在后机身下方两侧各装一块方铲式的减速板。

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原型机XFJ-1机翼上下表面的齿耙减速板

1945年5月28日美国海军向北美航空公司发出了采购100架FJ-1战机的订单合同,性能要求必须按照原来的设计方案NA-134来进行制造,但是在之后实际产量由100架减至30架,全部装备给了位于圣迭戈北岛机场的VF-5A中队,缩减原因是因为该机已经派不上用场,因为其最开始的目的是在1946年进攻日本本土的行动中用上它,再加上其性能并无太多打动海军的地方,所以其数量就被压减给其他机型。

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FJ-1战机的三面图

FJ-1的武器系统在那个近身格斗的时代自然很简单,只是在机身两侧各装备了3挺12.7mm的M-2机枪,子弹备弹1500发。这一简单的装备在对付同级别的战斗机时还可以,但是对付一些高级别的大型飞机时自然就显得比较捉襟见肘了,所以FJ-1也是美国海军最后一款装备机枪的舰载战斗机。电子设备方面其装备了一部VHF(甚高频)电台,一个导航装置、一个敌我识别器以及一个测距仪。

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1948年在“拳师”号航母上的FJ-1战机

FJ-2—美海军舰载机从平直翼走向后掠翼的尝试与过渡

上文也说过FJ-1仍然是一款采用平直翼设计的喷气舰载机,但是在北美公司基于NA-134方案为海军设计舰载机的时候,由于陆军航空队需要一种夜间战机,于是北美公司便在NA-134的基础上衍生出了NA-140,这款方案中NA-140采用了当时正流行的后掠翼设计,而这也就是后来大名鼎鼎的F-86佩刀战机。而后掠翼设计的F-86在后来成立的美国空军手里用的如鱼得水,其速度和性能都不是海军平直翼的NA-134可比的。再加上当时苏联的米格-15也是后掠翼设计。于是对后掠翼设计一直抱有很大安全顾虑的海军终于放下了成见,抓住北美公司设计“海佩刀”NA-181的机会向后掠翼舰载机伸出了橄榄枝,而NA-181的原型机代号为XFJ-2。

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F-86佩刀(上)与海佩刀原型机XFJ-2(两张照片均经过纵向压缩)

所以,XFJ-2与FJ-1根本不是同一个原始项目的延续,XFJ-2是根据F-86E改来的,所以外界本来以为XFJ-2生产型的名称应为海上佩刀,但是海军在送给国会审批时将其命名为FJ-2,以表示其为FJ-1的后续机型,这样在国会拨款时会好通过一些。

1951年2月美国海军决定采购300架FJ-2,但是在之后改为200架,并在3月订购了3架原型机,其中前两架原型机的构造都是一样的,基本就是F-86E-10战机的海军版本,这两架原型机都没有装备航炮,但是都有V形阻拦钩,前起落架支柱比F-86E的更长些,因为按照海军的标准其要增大起飞攻角。至于武器系统,其安装了4门前后串列的20mmM12 航炮,总备弹量720发,而且该机是美国海军舰载机中最先装备电击发航炮的战机,这架原型机虽然是第三号原型机,但却是三架原型机中最先进行测试的战机,之所以这样是因为第三架原型机的准备工作全已就绪而前两架还要进行许多的改动。

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XFJ-2上的20mmM12航炮

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海军测试期间一架XFJ-2原型机从“珊瑚海”号航母上弹射

原型机在航母上进行测试的时候也发现了一些问题,比如起落架和着陆钩缓冲器在使用的时候表现的都比较脆弱,而这也就给海军造成了安全隐患,另外战机在即将降落航母的时候操控性也变得比较难,此外还有航炮在射击的时候弹出的弹壳会砸到机身和升降舵,而最大的问题是战机在进行射击的时候飞行员对目标的瞄准难度很大,这也是XFJ-2一个比较失败的地方。

北美公司在测试后对发现的问题进行了改进,比如航炮弹壳击打问题通过在航炮附近位置设置一个储存区来解决;但是有些问题仍然没有解决,比如对于尾钩缓冲器问题生产方将其强度进行了加强,起落架问题对鼻轮进行了修改,但是依然都没有见效。但是海军方面已经等不及了,他们对剩下的顽固没有过多理会就将其投入了量产,首架生产型的FJ-2于1952年11月底进行了首飞,但是由于那个时候正逢朝鲜战争,北美公司正在加紧生产F-86E,于是FJ-2就被耽搁了,等到战争结束FJ-2才交付了7架,而战争的结束也使得军方将FJ-2减至200架。

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FJ-2搭载的通用电气公司J47轴流发动机

但是必须要提到的是,虽然采用后掠翼设计并搭载较强推力发动机的FJ-2机动性能很优异,并且装备了航炮,但是由于其着舰时的操控问题一直没能得到解决,而这对于强调安全的航母舰载机来说是绝不允许的;正好那个时候格鲁曼公司的F9F-6“美洲狮”也进行了首飞,虽然其在飞行时的性能比不上FJ-2,但是在着舰时的安全性要比FJ-2好很多,于是海军便也采购了许多美洲狮,而大部分的FJ-2便没有上舰,而是分给了海军陆战队的陆基单位。这也是催生舰载型FJ-2早早被FJ-3替换的原因。

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FJ-2虽然不适合上舰,但是却是海军在后掠翼舰载机上的成功探索

FJ-3—美海军喷气式后掠翼舰载机的进一步发展

1952年3月,北美航空公司正式开始了FJ-3的研制,公司内部代号为NA-194。4月8日,美国海军正式和北美公司签订了389架FJ-3战机的采购合同。FJ-3战机采用莱特公司的J65-W-2发动机,这款发动机是英国“蓝宝石”发动机的美国翻版,其推力可达到7800磅,比FJ-2使用的发动机高出近2000磅的推力。

FJ-3的机翼尺寸和FJ-2相比没有变化,继续沿用后掠翼设计,但是在FJ-3机翼上用了6-3机翼以增加高速性能同时在外翼段上面添加了翼刀结构来增加战机的安全性。这两个结构本来都是为FJ-2战机研制的,但是由于FJ-2本身低速操控性就不好在加装这两个结构后低速操控性更差并且发生了失速前进入突然翻滚的危险状态。而等到研制人员终于克服了这些问题后FJ-2已经交付完毕,于是便用在了FJ-3上面。

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扩大进气口尺寸的FJ-3

FJ-3战机的进气口尺寸比FJ-2扩大了一些,以便满足性能更高的发动机的要求。最让人瞩目的是FJ-3的武器系统方面较FJ-2有了很大提升,从第136118号FJ-3战机开始其机翼下多了4个挂架,多的4个挂架是用来挂载227千克的炸弹或者是火箭巢。而从1956年开始最后一批交付的80架FJ-3上还能挂载AIM-9A响尾蛇导弹,这些FJ-3也因此被称为FJ-3M,而这也是美国海军舰载机第一次挂载响尾蛇导弹。

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挂载响尾蛇导弹的FJ-3M战机

FJ-3战机还可以进行空中加油,其在左边机翼下方安装了一根空中加油管,可由专门的加油机授油或者是其他战术飞机进行伙伴加油。除了挂载导弹外,部分FJ-3还在1957~1960年间被改装成了遥控导弹平台,这些改装机被称为FJ-3D,它们被用来遥控“天狮星-Ⅰ”导弹,“天狮星-Ⅰ”导弹是射程超过800公里的亚声速巡航导弹,可由提供无线电制导的战机对其进行遥控。

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正在遥控“天狮星”导弹的FJ-3D战机

其实在那个时候美军已经掌握了蒸汽弹射技术,而FJ-3战机也是最早登上斜角甲板航母的舰载机之一。在之前的所有FJ狂怒系列战机采用的都是海军蓝的涂装,而在1955年的8月22日,由美国研制的取代人工引导舰载机降落的菲涅尔透镜系统被成功应用,取代了以往人工引导降落,而从那个时候开始舰载机的海军蓝涂装正式退出了历史舞台,取而代之的是上灰下白式的涂装。

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取代海军蓝采用上灰下白式涂装的FJ-3战机

而为了追上美国空军主力战机更新换代的步伐,美海军要求基于前两款FJ系列战机开发出一款更加强劲的FJ战机,这也就是紧随其后的FJ系列收官之作FJ-4。

FJ-4—FJ狂怒家族的最后一款上舰产品,完成对地攻击的过渡

FJ-4是FJ家族的最后一款型号,其开发于1953年6月,北美公司代号为NA-208,初期先制造了两架原型机,有争议的NA-209则是生产型的代号。FJ-4开发的最主要用途仍然是空战,但要求也具备一点对地攻击能力,其设计目标是在不牺牲性能的前提下最大可能的增加航程,而其也是美国最后一款亚音速战机。海军在1953年6月签订了原型机合同,在10月份签订了132架生产型的FJ-4合同,次年6月又追加了45架。

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FJ-4战机

FJ-4使用的是7700磅推力的J65-W-16A发动机,武器系统方面所有的FJ-4都可以挂载响尾蛇空空导弹,为了增大航程其增加了50%的内置燃油,并且在发动机底部增加了一个油箱。

FJ-4的机翼面积增大了约4.66平方米,厚度薄了6%,翼展增加,翼根长度增加,后掠角大小不变,尾翼近乎全新设计,其转弯特性比许多二代机都要好。由于其基于FJ-3设计,因此与FJ-3重叠的性能就不再介绍。这其中为了增强空对地打击能力北美还特意开发了FJ-4B,专门来进行对地轰炸,甚至还可以挂载战术核弹。另外一款FJ-4改型的FJ-4F战机是一款技术验证机,专门来验证洛克达因公司AR-1火箭发动机技术的可行性。而这也是FJ家族的最后一款改型。

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挂载空对地导弹的FJ-4B战机

=✪= 1962年美国国防部发布了新的战机命名规则,FJ狂怒家族按顺序逐一排开的1,2,3,4便再也没有了,所有的FJ系列战机被统称为F-1,在FJ-3和FJ-4中进行专门用途的战机在字母F前再加个前缀以表示其功能,比如FJ-3改为F-1C,挂载导弹的FJ-3为MF-1C,FJ-4为F-1E,FJ-4B为AF-1E。

=✪= 其实,北美公司也开发过FJ-5,但是因为那个时候海军已经把视线放到第二代超音速战机身上;那么,FJ-5与二代机比起来自然一文不值。


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