全金属半硬壳时代另类 美国木质XP-77战斗机 荒度时间金钱的产物

发布时间:2023-08-19 22:32:22 来源:安博电竞app官网/企业新闻

       

  第一次世界大战期间,军用飞机(Military aircraft)被大量应用于战场上。早期的军用飞机,结构都格外的简单,其机身及主翼骨架均采用木材制造,骨架外覆盖有织物(大多数为布料)制成的蒙皮。

  1915年12月初,一架采用全金属结构制成的单翼飞机,被送到位于德国勃兰登堡州(Brandenburg)“第一飞机替换部”(Fliegerersatz-Abteilung 1 FEA 1)所属的达高·德贝里茨(Dallgow-Dberitz)机场。它的到来,立刻引起“第一飞机替换部”人员的围观。在仔细的检查了这架飞机之后,他们先是对其采用的全金属结构,感到非常的惊讶,随后开始严重怀疑,它能否像其他飞机一样飞起来。

  12月12日上午,试飞员西奥多·马林克罗德(Theodore Malincrow)中尉,在朋友的帮助下爬进了那架全金属结构飞机的驾驶舱。在一切都准备就绪后,考虑到起飞距离会很长,马林克罗德中尉驾机选择用机场里最长的一条跑道起飞。随着滑行的速度慢慢的变快,令在场人员感到惊讶的一幕出现了,这架飞机竟然成功的离开了地面,并且飞到了离地3米的高度。虽然在随后的降落过程中,横风致使机身向左倾斜、左翼翼尖撞到地面损坏严重,但此次试飞,还是证明了将金属材料应用于飞机的可能性。

  第一次世界大战结束后,各国积极裁减军备,同时减缓了在国防工业上的投资。在这一段时间中,民用航空领域的需求,带动了包括机体材料(从木材、布料向金属材料转变)等众多技术的发展与成熟。

  到20世纪30年代中期左右,随着各国对于制空权逐渐重视,加之民用航空技术的快速的提升,各国战斗机的结构,大多数已经演变成更为结实的全金属半硬壳结构,即机身和主翼骨架,采用金属材料制造成,蒙皮则采用部分金属和其他非金属材质制造。但就在这样一个时间段,在美国又出现了用木材来制造战斗机的情况,咱们今天就来聊聊这个事。

  “模型32”三视线日,德国闪击波兰,第二次世界大战爆发。后来不断恶化的战局,让美国察觉到,未来战略物资(例如石油、金属等)有极大几率会出现匮乏的情况,从而对武器制造,特别是军用飞机的大规模生产产生一定的影响(铝材)。另外,日本在太平洋地区的不断扩张,也将不可避免的损害美国的利益,参加第二次世界大战只是时间问题。

  在这一大背景之下,1941年10月,美国陆军航空军(United States Army Air Forces, USAAF)派出代表与各大飞机制造商展开讨论。讨论的目的,是希望可以开发一种大量使用“非战略物资”制造,尺寸小、速度快、更加灵活的“轻型战斗机”。为何会出现这样一种需求,第一是因为当时的美国军方认为,未来可能爆发的战争,会是一场艰苦且长期的战争;第二是如果与日本开战的话,“轻型战斗机”将很适合在太平洋诸岛使用。

  10月30日,美国陆军航空军将该开发计划,交由贝尔飞机制造公司(Bell Aircraft)的首席工程师罗伯特·J·伍兹(Robert J. Woods)和他的团队来完成。

  在贝尔飞机制造公司,“轻型战斗机”的这一个项目,最初被命名为“模型32”(Model 32)。后来,为了响应美国陆军航空军提出的三个性能要求,即发动机功率400匹、重量1814.36千克(4000磅)、每小时400英里(643.73公里),被改为“Tri-4”(即上述三点的简写)。在获得开发计划的六个月后,罗伯特·J·伍兹向美国陆军航空军提交了“Tri-4”的设计的具体方案。

  “Tri-4”方案,采用了大展弦下单翼(配手动襟翼)、低平尾布局加一个十分紧凑的机身。发动机舱布置在机体前方,几乎占据了机体总长度的一半。驾驶舱布置在机体靠后的位置,配备了“水滴型”座舱盖。与贝尔飞机制造公司设计的其它战斗机一样,“Tri-4”方案,采用的也是“前三点”式起落架(区别于当时许多战斗机采用的“后三点”式起落架)。前起落架(单轮)布置在发动机舱下方,主起落架(单轮)布置在主翼下。方案中建议采用的武器装备,为一门20毫米机炮及两挺12.7毫米重机枪。

  “Tri-4”方案最大的特点,即准备大量使用所谓的“非战略物资”、也就是木材进行制造。其机体和主翼骨架,均为木材制成,并通过胶粘或钉子进行连接及固定。机体前部,即发动机舱部分覆盖的蒙皮,采用钢和硬铝制造;而机身后部的蒙皮,有资料显示是用塑料来制造的。

  1942年5月,贝尔飞机制造厂将“Tri-4”方案的报价,提交给了美国陆军航空军。5月16日,后者在批准购买25架原型机的同时,提出了需要具备挂载136千克(300磅)、147千克(325磅)航空炸弹或145升的附油箱能力的附加要求。由于这样做的话,重量肯定会有所上升,为保证机动性等方面不受影响,罗伯特·J·伍兹等人只好放弃装备20毫米机炮的计划。至此,“Tri-4”方案的固定武装,只剩下两挺12.7毫米重机枪。

  最早计划为“Tri-4”设计方案选择的发动机,是游骑兵发动机公司(Ranger Engines)开发的“Ranger”XV-770-9型倒置直列式风冷增压发动机,它可提供580匹马力。据设计团队工作人员计算,“Tri-4”方案在选用这种发动机后,可在8229.59米(27000英尺)的高度,达到每小时659.83公里的最高时速。

  正当贝尔飞机制造公司准备开始生产原型机的时候,游骑兵发动机公司传来消息,称他们没办法在一年时间内,准备好“Ranger”XV-770-9型倒置直列式风冷增压发动机。在这种情况下,贝尔飞机制造公司决定为原型机先安装功率较小的“Ranger”V-770-6型倒置直列式风冷发动机(功率下降到525匹)。但很不凑巧的是,这种“降档”发动机,贝尔飞机制造公司也只能获得6台。

  由于发动机交付出现一些明显的异常问题,1942年8月20日,美国陆军航空军将购买数量从之前的25架减少到8架(其中有两架不配备发动机,主要负责静态测试)。与此同时,军方将原型机命名为“XP-77”,序列号从43-34915至43-34920,并且规定第一批飞机在六个月内交付。

  在开始制造原型机时,贝尔飞机制造公司又遇到了两个新问题:第一个是就没有合适的木材(虽然有的木材合适,但是价格不菲)。第二个是贝尔飞机制造公司,没有用来加工木头的厂房及设备。在这种情况下,贝尔飞机制造公司开始寻求与那些家具制造厂展开合作,让他们帮忙加工零件,但是找了半天,没有一点一家家具制造厂愿意与之合作,原因是他们没办法加工出达到贝尔飞机制造公司要求精度的零件。

  几经辗转,并在美国军方的帮助之下,贝尔飞机制造公司终于与位于马萨诸塞州(Commonwealth of Massachusetts)的维达尔研究公司(Vidal Research Corporation)展开合作。经过多次尝试,维达尔公司终于加工出符合标准要求的木质零件。

  木质零件带来的麻烦,不仅让第一批原型机的交付时间大大推后,还让成本大幅度提升。到1943年时,成本达到了250万美元。

  1943年8月3日,美国陆军航空军将购买数量,从之前的8架减少到3架(其中一架为不装发动机,负责静态测试的测试机)。

  1944年3月初,第一架XP-77原型机(序列号43-34915)被制造了出来。该机机体、主翼骨架,用树脂胶水粘合的层压木制造,装备了一台“Ranger”V-770-7型倒置直列式风冷发动机(属V-770-6型发动机的改进型,520匹马力)。

  1944年4月1日,试飞员杰克·乌拉姆斯(Jack Wulams)驾驶这架XP-77原型机进行首飞。飞行过程中,杰克·乌拉姆斯发现,当发动机转速达到每分钟1700到2300转时,会产生共振,因此导致机身剧烈抖动。在1219.19米(4000英尺)高度时,最大速度仅达到每小时531公里(330英里)。另外,起飞距离过长、视野较差(驾驶舱距离机头过远)、驾驶舱内噪音太高,“前三点”式起落架的收放也存在一定的问题。

  1944年6月前,第二架XP-77(序列号43-34917)原型机被制造出来。随后,两架原型机被送往位于佛罗利达州(State of Florida)的埃格林空军基地(Eglin Air Force Base)做全面测试。1944年10月2日,第二架原型机,因操纵装置故障坠毁,飞行员成功跳伞逃生。

  在此之后,第一架XP-77原型机,接着来进行着各种测试。但美国陆军航空军方面,对其较差的性能感到失望。1944年12月2日,“轻型战斗机”项目被取消。随后,第一架XP-77原型机被送到赖特-帕特森空军基地(Wright-Patterson Air Force Base),最后在风吹雨打下变为一堆烂木头。

  最大飞行速度低(531公里/小时),不携带副油箱的情况下最大航程短(491公里,这在某种程度上预示着作战半径不超过150至200公里),起飞距离长(无法在野战机场起降),木质结构强度差、无法安装防弹钢板,火力差(只有机翼两挺12.7毫米重机枪)。存在这么多问题的“XP-77”,如果真的投入欧洲、太平洋战场的话,那只能充当一个被“吊打”的角色。

  毫不夸张的说,“轻型战斗机”项目自开始之时,就只是一项荒度时间、金钱的技术实验。与那个年代“普通战斗机”相比较,它除了向人们展现用木材来制造飞机零件的复杂程度以外,再无其他作用。

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