FJ系列艦載戰鬥機——噴氣時代美海軍對後掠翼設計的探索與沿用

北美航空公司在二戰末期為剛成立不久的美國海軍設計的FJ-1狂怒艦載機開啟了海軍在噴氣式戰機上的初步開放式探索,而在FJ-1之後的後續狂怒機型也讓美國海軍在噴氣式戰機使用上從探索逐漸走向了成熟,同時也是美國海軍從平直翼艦載機到後掠翼艦載機上的一個跨越。

FJ系列艦載戰鬥機——噴氣時代美海軍對後掠翼設計的探索與沿用

✈ 上世紀三四十年代,航空工業不斷髮展,特別是經過戰爭的刺激使得以活塞發動機為動力來源的螺旋槳飛機得到了高速發展,相較於早期戰機那個時候的戰機性能已經提升了許多。但是畢竟是以活塞發動機為動力來源,性能最終有個頂點。於是開發比活塞動力戰機更高級的戰機就是一個較為重要的事。

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英國噴氣發動機鼻祖:佛蘭克·惠特爾和其渦輪發動機模型

事實上在螺旋槳戰機高速發展的年代,渦輪式噴氣發動機就已經被製造了出來。1937年世界上第一臺渦輪噴氣發動機在英國被製造了出來,但是其真正安裝到了戰機上卻是在二戰爆發後。而幾乎就在同時,納粹德國憑藉著高度的敏感性對英國的實用性噴氣理論進行研究並在1937年2月開發出代號為“HeS1”的噴氣發動機,並領先英國對戰機進行了首飛,成為了世界上第一個成功搭載渦輪噴氣發動機進行首飛的國家,而德國也自然成了二戰期間噴氣式戰機的暫時領先者。

FJ-1—美國海軍對於噴氣式艦載機的初步開放性探索

在二戰爆發後,英國和德國自然都抓緊了噴氣式戰機的研發,而此時的美國由於比較保守已經被甩在了後面,而當時的美國陸軍航空隊(1947年成立的美國空軍的前身)已經按耐不住性子也急需噴氣式戰機投入戰場進行使用,於是就出現了專為陸航打造的P-59和F-80噴氣式戰機。

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美陸軍航空隊早期的經典噴氣戰機:F-80

而在1943年剛成立的美國海軍在對待噴氣式戰機上的態度相比較陸軍航空隊來說顯得非常謹慎,他們認為噴氣式戰機才剛起步,而在海上進行作業的戰機風險比陸航大很多,所以海軍對於全噴氣式戰機的探索並沒有陸航放得開。他們在早期先使用了噴氣+活塞的混合動力戰機,但是其性能並不理想,安全性能也不高。於是在後來初步接受了一款保守設計的全噴氣式戰機FH.1鬼怪,初步完成了從活塞戰機到噴氣戰機的過渡。但是畢竟其只是初步探索,採用的設計非常保守,所以其性能也並不佳。

所以美國海軍需要一款相較於FH.1在噴氣式戰機上進行放開式探索的戰機,而這也就催生了北美航空公司FJ-1的誕生。

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現存於美國楊格航空博物館中的FJ-1戰機

北美的FJ-1戰機是1944年底美海軍向各航空公司發出噴氣艦載機競標的獲勝產品之一,競標時的產品設計代號為NA-134,原型機代號為XFJ-1。在機身設計方面其依然比較保守,採用了傳統的下單翼,平直機翼再加上桶裝機身,動力系統採用了通用電氣公司的J-35軸流式噴氣發動機,進氣方式為機頭進氣。原型機XFJ-1上面在機翼部分裝了可升降的齒耙減速板,在機翼的上下各一塊。後來改成了在後機身下方兩側各裝一塊方鏟式的減速板。

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原型機XFJ-1機翼上下表面的齒耙減速板

1945年5月28日美國海軍向北美航空公司發出了採購100架FJ-1戰機的訂單合同,性能要求必須按照原來的設計方案NA-134來進行製造,但是在之後實際產量由100架減至30架,全部裝備給了位於聖迭戈北島機場的VF-5A中隊,縮減原因是因為該機已經派不上用場,因為其最開始的目的是在1946年進攻日本本土的行動中用上它,再加上其性能並無太多打動海軍的地方,所以其數量就被壓減給其他機型。

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FJ-1戰機的三面圖

FJ-1的武器系統在那個近身格鬥的時代自然很簡單,只是在機身兩側各裝備了3挺12.7mm的M-2機槍,子彈備彈1500發。這一簡單的裝備在對付同級別的戰鬥機時還可以,但是對付一些高級別的大型飛機時自然就顯得比較捉襟見肘了,所以FJ-1也是美國海軍最後一款裝備機槍的艦載戰鬥機。電子設備方面其裝備了一部VHF(甚高頻)電臺,一個導航裝置、一個敵我識別器以及一個測距儀。

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1948年在“拳師”號航母上的FJ-1戰機

FJ-2—美海軍艦載機從平直翼走向後掠翼的嘗試與過渡

上文也說過FJ-1仍然是一款採用平直翼設計的噴氣艦載機,但是在北美公司基於NA-134方案為海軍設計艦載機的時候,由於陸軍航空隊需要一種夜間戰機,於是北美公司便在NA-134的基礎上衍生出了NA-140,這款方案中NA-140採用了當時正流行的後掠翼設計,而這也就是後來大名鼎鼎的F-86佩刀戰機。而後掠翼設計的F-86在後來成立的美國空軍手裡用的如魚得水,其速度和性能都不是海軍平直翼的NA-134可比的。再加上當時蘇聯的米格-15也是後掠翼設計。於是對後掠翼設計一直抱有很大安全顧慮的海軍終於放下了成見,抓住北美公司設計“海佩刀”NA-181的機會向後掠翼艦載機伸出了橄欖枝,而NA-181的原型機代號為XFJ-2。

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F-86佩刀(上)與海佩刀原型機XFJ-2(兩張照片均經過縱向壓縮)

所以,XFJ-2與FJ-1根本不是同一個原始項目的延續,XFJ-2是根據F-86E改來的,所以外界本來以為XFJ-2生產型的名稱應為海上佩刀,但是海軍在送給國會審批時將其命名為FJ-2,以表示其為FJ-1的後續機型,這樣在國會撥款時會好通過一些。

1951年2月美國海軍決定採購300架FJ-2,但是在之後改為200架,並在3月訂購了3架原型機,其中前兩架原型機的構造都是一樣的,基本就是F-86E-10戰機的海軍版本,這兩架原型機都沒有裝備航炮,但是都有V形阻攔鉤,前起落架支柱比F-86E的更長些,因為按照海軍的標準其要增大起飛攻角。至於武器系統,其安裝了4門前後串列的20mmM12 航炮,總備彈量720發,而且該機是美國海軍艦載機中最先裝備電擊發航炮的戰機,這架原型機雖然是第三號原型機,但卻是三架原型機中最先進行測試的戰機,之所以這樣是因為第三架原型機的準備工作全已就緒而前兩架還要進行許多的改動。

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XFJ-2上的20mmM12航炮

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海軍測試期間一架XFJ-2原型機從“珊瑚海”號航母上彈射

原型機在航母上進行測試的時候也發現了一些問題,比如起落架和著陸鉤緩衝器在使用的時候表現的都比較脆弱,而這也就給海軍造成了安全隱患,另外戰機在即將降落航母的時候操控性也變得比較難,此外還有航炮在射擊的時候彈出的彈殼會砸到機身和升降舵,而最大的問題是戰機在進行射擊的時候飛行員對目標的瞄準難度很大,這也是XFJ-2一個比較失敗的地方。

北美公司在測試後對發現的問題進行了改進,比如航炮彈殼擊打問題通過在航炮附近位置設置一個儲存區來解決;但是有些問題仍然沒有解決,比如對於尾鉤緩衝器問題生產方將其強度進行了加強,起落架問題對鼻輪進行了修改,但是依然都沒有見效。但是海軍方面已經等不及了,他們對剩下的頑固沒有過多理會就將其投入了量產,首架生產型的FJ-2於1952年11月底進行了首飛,但是由於那個時候正逢朝鮮戰爭,北美公司正在加緊生產F-86E,於是FJ-2就被耽擱了,等到戰爭結束FJ-2才交付了7架,而戰爭的結束也使得軍方將FJ-2減至200架。

FJ系列艦載戰鬥機——噴氣時代美海軍對後掠翼設計的探索與沿用

FJ-2搭載的通用電氣公司J47軸流發動機

但是必須要提到的是,雖然採用後掠翼設計並搭載較強推力發動機的FJ-2機動性能很優異,並且裝備了航炮,但是由於其著艦時的操控問題一直沒能得到解決,而這對於強調安全的航母艦載機來說是絕不允許的;正好那個時候格魯曼公司的F9F-6“美洲獅”也進行了首飛,雖然其在飛行時的性能比不上FJ-2,但是在著艦時的安全性要比FJ-2好很多,於是海軍便也採購了許多美洲獅,而大部分的FJ-2便沒有上艦,而是分給了海軍陸戰隊的陸基單位。這也是催生艦載型FJ-2早早被FJ-3替換的原因。

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FJ-2雖然不適合上艦,但是卻是海軍在後掠翼艦載機上的成功探索

FJ-3—美海軍噴氣式後掠翼艦載機的進一步發展

1952年3月,北美航空公司正式開始了FJ-3的研製,公司內部代號為NA-194。4月8日,美國海軍正式和北美公司簽訂了389架FJ-3戰機的採購合同。FJ-3戰機採用萊特公司的J65-W-2發動機,這款發動機是英國“藍寶石”發動機的美國翻版,其推力可達到7800磅,比FJ-2使用的發動機高出近2000磅的推力。

FJ-3的機翼尺寸和FJ-2相比沒有變化,繼續沿用後掠翼設計,但是在FJ-3機翼上用了6-3機翼以增加高速性能同時在外翼段上面添加了翼刀結構來增加戰機的安全性。這兩個結構本來都是為FJ-2戰機研製的,但是由於FJ-2本身低速操控性就不好在加裝這兩個結構後低速操控性更差並且發生了失速前進入突然翻滾的危險狀態。而等到研製人員終於克服了這些問題後FJ-2已經交付完畢,於是便用在了FJ-3上面。

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擴大進氣口尺寸的FJ-3

FJ-3戰機的進氣口尺寸比FJ-2擴大了一些,以便滿足性能更高的發動機的要求。最讓人矚目的是FJ-3的武器系統方面較FJ-2有了很大提升,從第136118號FJ-3戰機開始其機翼下多了4個掛架,多的4個掛架是用來掛載227千克的炸彈或者是火箭巢。而從1956年開始最後一批交付的80架FJ-3上還能掛載AIM-9A響尾蛇導彈,這些FJ-3也因此被稱為FJ-3M,而這也是美國海軍艦載機第一次掛載響尾蛇導彈。

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掛載響尾蛇導彈的FJ-3M戰機

FJ-3戰機還可以進行空中加油,其在左邊機翼下方安裝了一根空中加油管,可由專門的加油機授油或者是其他戰術飛機進行夥伴加油。除了掛載導彈外,部分FJ-3還在1957~1960年間被改裝成了遙控導彈平臺,這些改裝機被稱為FJ-3D,它們被用來遙控“天獅星-Ⅰ”導彈,“天獅星-Ⅰ”導彈是射程超過800公里的亞聲速巡航導彈,可由提供無線電制導的戰機對其進行遙控。

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正在遙控“天獅星”導彈的FJ-3D戰機

其實在那個時候美軍已經掌握了蒸汽彈射技術,而FJ-3戰機也是最早登上斜角甲板航母的艦載機之一。在之前的所有FJ狂怒系列戰機採用的都是海軍藍的塗裝,而在1955年的8月22日,由美國研製的取代人工引導艦載機降落的菲涅爾透鏡系統被成功應用,取代了以往人工引導降落,而從那個時候開始艦載機的海軍藍塗裝正式退出了歷史舞臺,取而代之的是上灰下白式的塗裝。

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取代海軍藍採用上灰下白式塗裝的FJ-3戰機

而為了追上美國空軍主力戰機更新換代的步伐,美海軍要求基於前兩款FJ系列戰機開發出一款更加強勁的FJ戰機,這也就是緊隨其後的FJ系列收官之作FJ-4。

FJ-4—FJ狂怒家族的最後一款上艦產品,完成對地攻擊的過渡

FJ-4是FJ家族的最後一款型號,其開發於1953年6月,北美公司代號為NA-208,初期先製造了兩架原型機,有爭議的NA-209則是生產型的代號。FJ-4開發的最主要用途仍然是空戰,但要求也具備一點對地攻擊能力,其設計目標是在不犧牲性能的前提下最大可能的增加航程,而其也是美國最後一款亞音速戰機。海軍在1953年6月簽訂了原型機合同,在10月份簽訂了132架生產型的FJ-4合同,次年6月又追加了45架。

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FJ-4戰機

FJ-4使用的是7700磅推力的J65-W-16A發動機,武器系統方面所有的FJ-4都可以掛載響尾蛇空空導彈,為了增大航程其增加了50%的內置燃油,並且在發動機底部增加了一個油箱。

FJ-4的機翼面積增大了約4.66平方米,厚度薄了6%,翼展增加,翼根長度增加,後掠角大小不變,尾翼近乎全新設計,其轉彎特性比許多二代機都要好。由於其基於FJ-3設計,因此與FJ-3重疊的性能就不再介紹。這其中為了增強空對地打擊能力北美還特意開發了FJ-4B,專門來進行對地轟炸,甚至還可以掛載戰術核彈。另外一款FJ-4改型的FJ-4F戰機是一款技術驗證機,專門來驗證洛克達因公司AR-1火箭發動機技術的可行性。而這也是FJ家族的最後一款改型。

FJ系列艦載戰鬥機——噴氣時代美海軍對後掠翼設計的探索與沿用

掛載空對地導彈的FJ-4B戰機

=✪= 1962年美國國防部發布了新的戰機命名規則,FJ狂怒家族按順序逐一排開的1,2,3,4便再也沒有了,所有的FJ系列戰機被統稱為F-1,在FJ-3和FJ-4中進行專門用途的戰機在字母F前再加個前綴以表示其功能,比如FJ-3改為F-1C,掛載導彈的FJ-3為MF-1C,FJ-4為F-1E,FJ-4B為AF-1E。

=✪= 其實,北美公司也開發過FJ-5,但是因為那個時候海軍已經把視線放到第二代超音速戰機身上;那麼,FJ-5與二代機比起來自然一文不值。


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