追尋流星般的速度,洛克希德操刀,美國對噴氣戰機的初嘗試

1941年,英國格洛斯特E.28 / 39完成首飛,噴氣式戰機從概念越來越接近實用化引起了美國軍方的注意,軸心國勢力正猛,獲悉德國噴氣機研發項目的美國軍方尋找破局之法,不能在這場航空新技術變革中落人身後。

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T-33教練機


格洛斯特E.28 / 39完成首飛後,陸航阿諾德將軍安排將英國噴氣機用W.1X發動機與發動機研發團隊一起送往美國,並攜帶在W.1X基礎上更進一步的W.2B發動機的圖紙;抵達美國後由通用電氣進行仿製生產,通用電氣生產的IA發動機次年成為美國第一臺噴氣式發動機,通用電氣在IA基礎上研發出J-31發動機,成為美國第一款大規模生產的噴氣式發動機。

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J-31發動機


美國通過問英國要走捷徑搞定了發動機,那麼飛機呢?

在美國陸航與通用電氣簽訂自產W.1X發動機生產合同之後的第二天,陸航便找到了貝爾公司,希望貝爾為這款發動機來設計一款噴氣式戰鬥機。這家貝爾公司在1960年因為經營不善被德事隆收購,成為今天的貝爾直升機公司;在二戰期間他們主要生產固定翼飛機。

貝爾比較成功的機型只有P-39戰鬥機,貝爾耗費一年生產出3架XP-59A原型測試機,測試結果讓軍方大失所望,和同期的噴氣機一樣,XP-59A的發動機響應性和可靠性很差,側向穩定性不足,滾轉性能遠遠低於預期,而且最大速度只有665 km / h,面對高性能螺旋槳戰鬥機並沒有多大速度優勢,反而在格鬥性能和經濟性可靠性上遠不如後者;雞肋的P-59最終只生產了66架。

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雞肋P-59戰鬥機


早期噴氣機有著發動機短命、可靠性差、造價高昂、飛行員訓練週期長等諸多缺點,不過一快遮百醜,面對夢幻的速度優勢,美英德都對噴氣式戰機抱有最大的期待。被貝爾P-59傷了心的陸航決定向其他飛機制造企業尋求解決方案。

來自Me-262的緊迫感,流星誕生

1943年春天,盟軍情報部門發現了處於試飛階段的四架噴氣版Me 262;美英緊迫感大為提升,美國國內放棄先仿造英國發動機再設計飛機的規劃,希望洛克希德能在最短時間內拿出一款使用英國發動機的美國飛機。六月,凱利·約翰遜提交設計草案,並承諾該原型機在半年內製造完畢進行測試,型號定為XP-80A。

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洛克希德P-80戰鬥機結構圖


1943年的洛克希德和其他企業一樣,開足馬力生產各型飛機,高峰期產量達到每天生產28架;拿到噴氣式戰鬥機設計合同的凱利約翰遜只好在洛克希德各個項目組中挖人,集結起23名工程師和103名車間機械工人組成的團隊,這就是臭鼬工廠的初創團隊了。

因為保密需求,XP-80A戰鬥機的設計室必須遠離工人眾多的生產車間,於是在廠區偏僻的B-1風洞旁用馬戲團用的大帳篷和裝發動機板條箱搭起一個棚屋進行P-80戰鬥機的設計;而126人的設計團隊,只有5個人知道自己參與的是最新型噴氣式戰鬥機項目。

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設計團隊與生產車間直接對接,一旦完成部分設計,就親自前往生產車間將圖紙移交給負責這一部分工作的工人手中。在項目正式開始的19天后完成了對XP-80A的詳細設計,並製作了全尺寸的木製模型;83天后,原型機機翼和機身製造完成準備進行總裝;130天后,完成了整機所有靜態測試,然後拆解通過鐵路運送到空軍測試中心進行測試;第139天,在測試中心裝上哈爾福德H.IB發動機進行了測試;第143天XP-80A完成首飛;比陸航提出的180天期限提前37天完成。

設計團隊儘量簡化XP-80A的結構以縮短製造時間,全部設計圖紙僅700張,一架飛機的生產時間僅是雙身惡魔P-38戰鬥機的三分之一。

從此時起臭鼬團隊以高效率著稱,總是在最短的時間內拿出滿足甲方要求的飛機,P- 80非常趕工,不過在後世看來P-80是非常成功的,一出生就各項性能就走在同行前列,在二戰中誕生服役到了1974年。

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P-80戰鬥機三視圖


P-80戰鬥機的主要特點是將發動機安裝在駕駛艙後面的機身中,機翼上不用像英國格洛斯特流星和ME-262那樣安裝大型的發動機艙,增加阻力;佈置在機身兩側的進氣道較Me-262離地間隙更高,受跑道異物的威脅要小很多。

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英國格洛斯特流星戰鬥機


發動機噴口位於機身的最後端,使得飛機底部阻力急劇減小;使得成為當時第一款首飛速度就超過800km/h的噴氣式戰鬥機。首次在機翼上採用了新型層流輪廓,進一步提高了高速性能。

在1943年末的測試中,P-80滿足了美國陸航的所有期望,彷彿是初代噴氣機都要遭受的魔咒,美國的噴氣機也因為發動機的問題遲遲無法量產,德國噴氣機是因為缺乏稀有金屬,可用的發動機遲遲無法量產,而P-80使用的英國噴氣發動機遭遇到了工廠的產能不足,XP-80A只好等待通用電氣的J-33早日投產。

44年下旬J-33終於投產,同期進入陸航試用;因為噴氣機飛行員訓練週期更長,且在保密上的顧慮,美國流星與英國流星在45年都未進過德國領空,因為當時的技術裝備已經不需要噴氣機的加入。

挑戰夢幻的速度1000km/h

當P-38驚豔亮相時,為了和它的速度匹配得到個"閃電"的稱號,而P-80也得到了"流星"的美稱,當然今天洛克希德將F-35稱為閃電就遠不如七八十年前的老前輩們那樣務實了~

戰後美國人繼續改進P-80,得益於跨音速空氣動力學領域的理論研究和實驗,飛機設計師獲得了諸如空氣可壓縮性和激波等現象的基本信息,這些現象會讓高速飛行的飛機產生波阻。事實證明,空氣阻力在很大程度上取決於機翼的相對厚度,戰後的一段時間裡,飛機設計師們將注意力放在如何降低機翼厚度上,產生了飛行棺材F-104機翼可以削土豆的笑話。

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通用電氣J-33發動機


為了提高飛機的極速,P-80換裝功率更大的J-33-A-21發動機,推力達到20千牛,由於採用注水技術,可以將其短暫提高到24千牛。

1946年英國流星F.4打破速度記錄達到每小時991公里,美國人就試圖打破速度記錄,改出實驗性的XP-80B,在實驗飛行中速度接近1000 km / h時,飛行員控制副翼偏轉會造成機翼氣流紊亂產生抖振,從此飛行員被禁止超過960 km / h的速度飛行。

XP-80B卸下了所有武器,並且發動機的進氣口進行修型改進;機翼替換為弦長較大的新翼,機翼面積的增加、相對厚度的減小;更名為P-80R與F-84並行進行了實驗性高速飛行,外號"賽車手"。

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不過,發動機的問題和進氣口的振動使軍方無法在P-80R上獲得理想的效果,46年一直未能超過1000km/h,一起測試的F-84的情況並沒有更好。46年在9月份,P-80R創下了983公里/小時的全美速度記錄。

1947年春,軍方為P-80R換裝最新的通用電氣J-33-23發動機。新發動機使得流星創造了新的世界紀錄,首次正式克服了1000公里/小時的這條夢幻般的速度門檻。

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1947年6月19日,P-80R進行了四次速度測試,從三公里的跑道上空通場,平均速度達到1003.6 km / h,一起測試的F-84將極速定格在了1001km/h。

長壽的流星

P-80流星的名字確實很短壽,現實卻截然相反,該機型無疑是一個長壽家族,作為初代噴氣式戰鬥機它們服役到了七十年代;戰後在測試速度極限的同時,洛克希德繼續深挖P-80平臺潛力,拉長機身衍生出T-33型教練機,製造的6557架T-33教練機被20多個國家採購使用,最後一架在2017年才退休,至今也有一些私人收藏的流星老而彌堅地飛行在天空上。

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