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標題: 折翼-第二次世界大戰中的美國推進式螺旋槳戰鬥機 [列印本頁]

作者: AA13281 時間: 2014-12-19 11:33:11 標題: 折翼-第二次世界大戰中的美國推進式螺旋槳戰鬥機

本帖最後由寒冰神話於 2014-12-19 17:44 編輯

在航空發展史上，戰爭總是刺激出新概念、新技術、新產品最好的催化劑，然而創新的失敗風險也是如影隨形，二戰期間美國的螺旋槳推進式戰鬥機研製項目的起起落落就印證了這一點。

XP-52一直停留在圖紙上未能成型

所謂的推進式飛機是指螺旋槳位於發動機之後，安裝在機翼或機身的後部，推動飛機前進的機型（如萊特兄弟發明的首架動力飛機-飛行者1號）。與螺旋槳前置的拉進式飛機相比，這種形式可使大部分機體避開螺旋槳的氣流，降低附加阻力，而且前向視界不受阻礙，也便於在機頭集中安裝武器，多見於一戰初期的偵察機和在前射機槍協調器出現之前的戰鬥機。不過這種佈局的缺點也很明顯：螺旋槳效率偏低，發動機不易降溫，飛行及起降中的穩定性和安全性也較差，因此在一戰後就很少再被採用。

萊特兄弟的飛行者1號就是典型的推進式飛機

第二次世界大戰全面爆發時，尚未捲入戰爭的美國雖然已陸續研製出P-38、P-40等機型，但面對軸心國的空中優勢，在大力擴充航空部隊編制的同時也急切地尋求一種性能更高的單座單發動機戰機（當時稱為驅逐機，編號以“P”開頭）。1939年11月，掌管陸軍航空兵團裝備採購的陸軍器材局向國內工業界發布了代號為R-40C的招標書，提出新機型在速度、爬升率、機動性、火力、座艙視野等各方面都要優於現有型號，還得造價低廉、維護方便。出於對創新的鼓勵，盡快實現性能上的突破，一向因循守舊的軍方甚至破例強調可以考慮採用非常規形式的設計。

這個不同尋常的項目一經公佈，果然在航空界激起了許多奇思妙想，一時間應者如雲。為了從不下50個投標方案中擇優錄取，軍方專門製定出一套最高為1000分的綜合考評辦法。經過一番激烈的海選，到1940年6月脫穎而出的前三名依次是伏爾提（Vultee）公司的V-70（817.9分）、寇蒂斯（Curtiss）公司的CW-24（ 801.2分）和諾斯洛普（Northrop）公司的N-2B（725.8分），後來被軍方分別賦予機型編號為XP-54、XP-55和XP-56。這三家飛機製造商都拿到了原型機的開發合同和一筆經費進入最後的PK階段，併計劃均採用普拉特·惠特尼（Pratt&Whitney）公司的X-1800-A3G型發動機作為動力，這種新型的24氣缸水冷發動機功率為1640千瓦，當時正處於研製階段，有望在1942年投入批量生產。而貝爾（Bell）飛機公司的Model16/XP-52方案原本也有機會一爭高下，但因自身發展計劃的調整最終未能成型。

普惠的X-1800發動機，可惜在1940年就草草收場，公司轉向集中精力研製氣冷星形發動機

這四種當時頗顯另類的機型雖說外觀迥異，但都不約而同地選擇了非主流的推進式佈局。考慮到這種結構的突出特點和軍方的特別要求，倒也並非簡單的巧合。然而由於推進式飛機的固有缺陷沒能得到有效解決，設計中又採用了大量雖然新穎但未經充分檢驗的技術，加上X-1800型發動機中途下馬的影響，以及噴射動力飛機的後來居上，注定了它們既超前一時又迅速落後、只能是曇花一現的結局。

紙上幻影——貝爾XP-52

早在1937年9月，貝爾公司就研製過一種罕見的5座雙發動機推進式戰鬥機YFM-1，打算用於長程護航和攔截敵方轟炸機。該機在兩個發動機短艙的前部設置了37公釐的大口徑機砲和砲手席，螺旋槳就被安裝在機翼後方。不過這就導致YFM-1雖然火力強大，但體形過於笨重，飛行性能還不如當時的新式轟炸機，因此總共只生產了14架就草草收場了。

貝爾的YFM-1推進式戰鬥機過於笨拙

到設計Model16/XP-52時，貝爾公司吸取了教訓，更突出高速性和機動性。XP-52具有光滑的流線型機身和帶20°後掠角的中單翼，採用類似P-38閃電戰鬥機那樣的雙尾撐結構，以水平尾翼連接著左右尾撐，同樣有可收放的前三點式起落架。駕駛艙後面安裝一具功率為933千瓦的大陸XIV-1430-5型水冷發動機，驅動一對同軸反向旋轉的螺旋槳。XP-52另一特別之處是發動機散熱器的空氣入口開設在機鼻前端，就像後來以機頭進氣的噴射式飛機那樣。武器方面計劃在機身下配備兩門20公釐機砲，兩側機翼各安裝3挺12.7公釐機槍。

YP-52與XP-52的設計

XP-52側面圖，機頭有發動機冷卻空氣進氣口

XP-52是獲得美國陸軍航空兵驅逐機編號的第一種推進式飛機，貝爾公司為提高競爭力又拿出了新的改進型號XP-59，計劃換上更強勁的1500千瓦普惠R- 2800-23型氣冷發動機，預計最高時速可達724公里。只是貝爾公司的主要精力沒多久就轉移到XP-59A空中彗星（Airacomet）噴射式飛機的研製上了，停留在圖板上的XP-52/59項目因而在1941年11月底被撤銷，一架原型機也沒有來得及造出來。不過出於保密原因而沿用XP-59編號的空中彗星倒是最終被推上天，成為美國第一種噴射推進式戰鬥機。

XP-59風洞模型

XP-59三面圖

XP-52基本參數（設計值）機長：10.36公尺機高：2.8公尺翼展：10.67公尺空重：3100公斤最高時速：684公里最大航程：1544公里實用升限：12200公尺

最終P-59的編號給了貝爾的第一種噴射式戰鬥機

呆頭鵝——伏爾提XP-54

伏爾提公司在1939年才從一個飛機開發部門正式成為獨立的企業，不過其創辦人傑勒德·伏爾提已在前一年的飛機失事中身亡。在打出自己名頭的短短幾年間，他們最成功的作品是產量高達1.1萬架的BT-13/15勇士教練機。趕上R-40C招標項目後，伏爾提公司上下可謂是不遺餘力，希望藉此機會在一線戰機供應商的行列中占得一席之地。

傑勒德·伏爾提

BT-13教練機

XP-54同樣採用中單翼、雙尾撐加雙方向舵的機體結構，但塊頭可就比競爭對手貝爾公司的XP-52大得多，是當時能夠提供給美國陸軍航空兵的最大一種單座戰鬥機。高高架在前三點式起落架上的子彈形修長機身和W形海鷗式機翼是該機的顯著特徵，機身尾部裝有發動機和一具四葉螺旋槳。XP-54的獨到之處還包括機翼部分採用了國家航空諮詢委員會（NACA）研製的涵道散熱組件，在機翼前緣開有窄縫，內部裝有冷卻散熱裝置。由於機身上的增壓座艙距離地面很高，飛行員的座椅還被設計成電動升降式。飛行員在登機前要先開啟座艙底部的艙門來降下座椅，坐好後再連人帶椅一起升入座艙中。逃生程序也同樣變得複雜，需要跳傘時，為了避開後面還在高速旋轉的螺旋槳，座椅先靠擺臂下落，再將飛行員朝下方彈射出去，這將使XP-54成為美國第一種安裝彈射座椅的戰鬥機。

機鼻碩長的XP-54塊頭很大

XP-54機翼內部安裝了涵道散熱組件

向下彈射方式

XP-54武器系統的設計也是別具一格，原本只打算在機翼上搭配6挺機槍，後改為在機頭部位集中設置共備彈120發的兩門37公釐機砲和共備彈1000發的兩挺12.7公釐機槍。其中大口徑機砲安裝在固定砲架上，而機槍連同活動支架可以沿垂直方向作向上3°和向下6°的轉動，飛行員通過一個具有補償功能的特殊瞄準器控制機槍的射擊角度，便能在無需改變飛行高度的條件下用機槍攻擊不同位置的目標。

1941年1月，美國軍方與伏爾提公司簽訂了製造原型機的合同。9月，陸軍航空隊方面又要求將XP-54的作戰環境從中低空改為中高空，可承擔攔截任務。為此XP-54必須加裝渦輪增壓器，加上採用自封油箱等各種改進，導致整機重量一路暴增，飛行測試時間隨之一再推遲。此外普惠的X-1800型發動機因研製進度嚴重滯後，到1942年10月也徹底結束了，XP-54只能先裝上功率為1715千瓦的萊康明XH-2470-1型發動機。直到1943年1月15日，機身序列號為41-1210的第一架原型機才在加利福尼亞州的穆洛克乾湖試飛基地（即後來的愛德華空軍基地）首次升空，持續時間為31分鐘，沒有出現異常情況。此後的兩個月內共進行了9次試飛，這一階段的測試暴露出飛機的實際性能大多低於設計要求，發動機也出現問題需要運回工廠更換。

停留在地面上的大頭鵝

到當年年底，一號機已經累計完成了86架次共計63個小時的飛行，動力系統的問題仍然難以解決。設計人員曾考慮改用萊特R-2160或艾利森V-3420型發動機，甚至是新式的噴射發動機，但這就得重新修改機身結構以適應新的發動機組件，交貨時間和相關經費都無法保證，只得放棄進行大改的計劃。第二架原型機（42-108994）只在1944年5月24日試飛過一次，發現所改裝的試驗型增壓器與現有發動機不配套，隨後就被當成一號機的備件庫給拆解了。

性能不佳和進展緩慢終於讓軍方失去耐心，索性叫停了XP-54項目，剩下的一號原型機繼續用於各種測試，直到耗盡備件為止，而二號機的機鼻部分被運到埃爾金空軍基地進行武器測試，不過活動機槍架的設計也並未獲得推廣。XP-54是伏爾提在1943年6月與聯合飛機公司合併前最後一個自主研發的機型，因其碩長的機鼻給後人留下了一個大頭鵝（SwooseGoose）的綽號。

XP-54三面圖

XP-54基本參數機長：16.7公尺機高：4.0公尺翼展：16.4公尺空重：6923公斤最高時速：613公里最大航程：1370公里實用升限：11300公尺

蹣跚之鴨——寇蒂斯XP-55

取消常規的尾翼組件、改為在機頭部位裝上水平安定面和升降舵的鴨式飛機如今已司空見慣，這有助於改善升力條件和氣動特性，機體結構也較為輕巧，但在70年前要設計得當並非易事，因此寇蒂斯推出鴨式佈局的XP-55來競標還頗有些冒險。這種一反常態的設計最初是由著名飛機設計師多諾萬·伯林（Donovan Berlin）主持進行的，此前他曾在道格拉斯和諾斯洛普兩家飛機製造商工作過，對航空業內的前沿技術自不陌生。寇蒂斯與萊特公司合併後實力更盛，但1933年在自己的傳統強項——陸軍用戰鬥機的競爭中卻敗給波音公司。為了搶到下一次的採購合同，他們挖來多諾萬·伯林擔任首席工程師。雖然兩年後伯林操刀打造的鷹（Hawk）式75型戰鬥機在美國陸軍航空隊舉辦的飛行競賽中落敗，但在此基礎上經過大幅改進後的P-36還是以出色的表現受到軍方的青睞，寇蒂斯公司如願獲得了和平時期少見的大額訂單。1939年他擔綱設計的P-40戰斧（Warhawk）戰鬥機再次讓軍方簽下二戰爆發前最大的一筆軍用飛機生產合同，那接下來讓他負責XP-55也就順理成章了。不過多諾萬·伯林這次並沒有堅持到最後，項目尚在運行當中他就跳槽到通用動力公司去了。

多諾萬·伯林

小喬治·佩吉

接手XP-55的是以小喬治·佩吉（George Page Jr.）和愛德華·弗萊斯（Edward Flesh）為首的團隊，前者在1914年就拿到飛行執照，擔任過航班駕駛員和航空工程師，在寇蒂斯公司任職期間參與過100多種機型的研製工作，其中最出名的就是C-46突擊隊員（Commando）運輸機；後者也非泛泛之輩，在轉投麥克唐納公司後還領頭設計出F-101巫毒（Voodoo）戰鬥轟炸機。在他們的圖紙上，XP-55的主翼帶有相當大的後掠角，並在靠近左右翼尖處設置了垂直安定面和方向舵，而機頭位置的小前翼則是活動的舵面。機身後段為發動機艙，其頂部和底部還加上了背鰭和腹鰭，分別開設有增壓器和散熱器的進氣口。同樣是出於安全考慮，後端的一具三葉螺旋槳可在飛行員跳傘前被拋掉。機頭處原定要安裝兩門20公釐機砲和兩挺12.7公釐機槍，後來為了減輕重量改成4挺機槍，另外在左右機翼下方可各加掛一枚炸彈。

作為樣機的CW-24B驗證鴨式佈局的可行性

到1941年1月，XP-55完成了初期的風洞試驗，當時準備有兩種不同的後掠翼型，但試驗結果都不太理想，軍方表示得有明顯的改善才會繼續考慮。為保住這一項目，寇蒂斯公司先自掏腰包造出一架全尺寸樣機，編號CW-24B，採用木質機翼和固定式起落架，並裝上一台功率為205千瓦的小型發動機，也運到加州的穆洛克乾湖試飛基地接受實機檢驗。就在日軍偷襲珍珠港之前一周的12月2日，CW-24B進行了首次試飛，到次年5月共完成169次試飛，驗證了這種鴨式佈局的可行性，但也發現了不少缺陷。工程人員根據測試結果又進行了加長機翼翼尖、加大垂直安定面和發動機整流罩上的鰭片尺寸等一系列改進，從而提高了方向穩定性。之後這架樣機被運到維吉尼亞州的蘭利機場，交給國家航空諮詢委員會作進一步的研究。

外形優美的CW-24B

1942年7月，寇蒂斯公司與軍方簽下製造三架全鋁製原型機的合同，序列號定為42-78845至78847。為了穩妥起見，XP-55放棄了當時進度滯後的X-1800型發動機，代之以950千瓦的艾利森V-1710-95（較為成熟的V-1710系列發動機當時已大量配備在P-38 、P-39、P-40等在役機型上），而生產型號將採用功率更大些的大陸XIV-1430-3型發動機，預計最高時速可達815公里。一年後的7月13日，第一架XP-55原型機（42-78845）在密蘇里州聖路易斯的寇蒂斯工廠完成組裝，6天後由寇蒂斯的試飛員駕駛，從附近的斯科特軍用機場首次升空。除了要加大機頭升降舵和改進機翼控制面以提高操縱性能外，試飛進展還算順利，但在11月15日進行的失速測試中，飛機忽然發生翻滾並失去控制。幸好試飛員在飛機墜地前及時跳傘逃生，僅受了點輕傷。

XP-55二號機正在試飛

根據事故分析和風洞試驗的結果，技術人員對升降舵和副翼等部分再次作出修改，調整過的XP-55二號機（42-78846）從1944年1月9日起投入試飛，又暴露出低速性能不盡人意的問題。而4月25日昇空的三號機（42-78847）已裝上了機首武器，並通過加長翼展、增大翼尖面積、調整升降舵和加裝人工告警裝置等措施來改善失速特性，二號機也在動了同樣的手術後轉交給陸軍航空隊。此後的測試由軍方人員進行，得出的結論是XP-55在水平飛行和爬升階段的表現還不錯，但在低速下和降落時操縱感變差，如果發生失速仍不易恢復正常。此外座艙後向視野不佳，後置發動機存在過熱問題，最高時速不到630公里，總體表現還不如已經服役的常規佈局戰機，與嶄露頭角的噴射式飛機相比更無優勢可言。因此XP-55和許多螺旋槳驅動的在研機型一樣，甚至沒有繼續改進的必要，自然難逃被腰斬的命運。

項目終止後，剩下的兩架XP-55原型機被留作技術演示。1945年5月27日，三號機在俄亥俄州萊特-佩特森機場進行的一次低空飛行中墜毀，造成飛行員和一名地面人員死亡。碩果僅存的二號機就成了重點保護對象，在1946年7月與其它一批停飛機型一起，被新建的美國國家航空博物館（後改為國家航太博物館）收藏。最後留下的一段軼事是，寇蒂斯的工程師們曾把發動機設在機尾的XP-55戲稱為驢屁股（Ass-ender），在官方記錄中稍加改動就變成挺響亮的近音詞升騰（Ascender），用來當作它的正式名稱。

保存完好的XP-55二號機

XP-55基本參數機長：9.02公尺機高：3.53公尺翼展：12.37公尺空重：2882公斤最高時速：628公里最大航程：2320公里實用升限：10600公尺

XP-55三面圖

折翼黑彈——諾斯洛普XP-56

航空界公認的奇才約翰·諾斯洛普（John K.Northrop）早年在洛克希德和道格拉斯公司工作時就顯露出不俗的天分，無論是越洋飛行的織女星（Vega）運輸機還是陸軍航空隊採購的A-17攻擊機都曾名噪一時。在獨立創辦自己的企業後，他就對無尾飛翼式機型情有獨鍾，認為這種佈局能顯著降低飛機的阻力和重量，從而提高飛行性能，因此在這次R-40C競標中也是打出了自己的這道招牌菜。當時諾斯洛普正在研製N-1M吉普（Jeep）樣機作為全飛翼機型的驗證平台，而以此為基礎設計出的XP-56在體形上較為粗短，發動機完全埋入後機身內，驅動尾部的一對同軸反轉三葉螺旋槳，並依靠兩邊翼根前部的進氣口進行冷卻。代替垂直尾的是相對較小的背鰭和腹鰭，而獨特的主機翼帶有向下折轉的翼尖，副翼就兼顧了升降舵的功能。

美國飛翼之父約翰·諾斯洛普

XP-56首次採用了全鎂合金結構和具有自主專利的全焊接工藝，配用功率為1500千瓦的普惠R-2800-29雙黃蜂發動機，以取代拖延已久的X-1800，為此還相應修改了機身結構。作為戰鬥/攔截機，武器系統是在機頭安裝有備彈200發的兩門20公釐機砲和備彈1600發的4挺12.7公釐機槍。另一處具有破壞力的地方就是在發動機的傳動箱內纏有爆破索，當飛行員遇到緊急情況時可先將其引爆以炸飛後面的螺旋槳，確保自身跳傘安全，畢竟當時的彈射座椅技術尚未成熟。

XP-56一號機在地面進行測試

軍方與諾斯洛普公司先後在1940年9月和1942年2月簽訂了兩架原型機的研製合同，金額達41萬美元，並將XP-56定名為黑色子彈（BlackBullet），而實際上它們從來沒有被漆上過黑色的塗裝。這兩架原型機的構造略有不同，機身序列號為41-786的一號機基本上還是全翼機的形式，背鰭較為低矮。1943年4月該機被運到加州的穆洛克乾湖試飛基地準備試飛，由於在地面滑行測試中出現嚴重的偏轉問題，還改裝了手動液壓剎車系統。到9月6日首次試飛時，XP-56的偏航趨向仍然明顯，不得不又在背鰭上加裝一塊較大的垂直安定面。此外，機頭偏重使得飛行高度難以維持也是一道頑症。而問題尚未根治，一號機就在10月8日的一次高速滑行中，因左起落架爆胎髮生傾覆，幸而飛行員只受了輕傷，但飛機已經嚴重損毀。

XP-56二號機明顯加大了背鰭

XP-56的共軸反轉螺旋槳

接著登場的二號機（42-38353）將背鰭加大到與傳統的垂直尾無異，穩定性倒是提高了，但這麼一來就跟純粹的飛翼造型有了明顯的差別。機身重心也做了調整，以緩解機頭偏重的問題，最特別的要算是機翼翼尖處新設置的氣動式風箱方向舵。在正常飛行時，空氣直接通過兩側翼尖上的水平入口。當需要轉向時，飛行員利用方向舵踏板控制機翼上的活門，使得通過兩側翼尖內腔的氣流改道，以氣流產生的力量來操縱開裂襟翼，從而提高橫向的機動性。1944年3月23日，經過多處改進的二號機在加州霍桑的諾斯洛普機場完成首次試飛，結果表明飛行特性已有不少改善。然而後續試飛中暴露出的R-2800-29發動機動力不足、油耗過大、機體時有顫動等問題繼續困擾著工程人員。後來雖然交由國家航空諮詢委員會進行分析，並安排更多的風洞試驗，但進度就被一再延誤，與現役戰機展開模擬對抗時不夠靈活也讓XP-56被排除出軍方的優先發展計劃，試飛活動隨之中止。、

進入1945年後，根據空中戰場和航空技術的發展趨勢，美國陸軍航空隊的需求已經發生改變，噴氣式飛機的前景顯然更為看好。XP-56這顆黑色子彈還沒找到目標就失去了存在的價值，停飛的二號原型機最終也被送進美國國家航空博物館落戶。儘管受到一定的挫折，不過諾斯洛普對飛翼機仍是癡心不改，正是在他的不懈努力下，後來才有了XB-35、YB-49直到B-2飛翼式轟炸機的出現。

XP-56基本參數機長：8.38公尺機高：3.35公尺翼展：12.96公尺空重：3955公斤最高時速：749公里最大航程：1060公里實用升限：10100公尺

黑色子彈的失敗並沒有打破約翰·諾斯洛普（站立者）的飛翼夢

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作者: db123 時間: 2014-12-19 14:40:27

人類因為有夢想而偉大，
飛機也因為有夢想而造型天馬行空，
當年前輩們絞盡腦汁的創造出各種構型，
有成功也有失敗，
但都留下了軌跡及記錄，
奠定現代飛機發展的樣貌，
不過技術成熟也讓現代的飛機差異不大，
也就沒有太多令人驚艷的構想產生了！

作者: qwe097878 時間: 2014-12-19 14:56:32

本帖最後由寒冰神話於 2014-12-19 17:45 編輯

還有這個日本的震電
震電（震電，しんでん），是第二次世界大戰末期舊日本帝國海軍研發的單座攔截機。震電的動力設計在機體後方，以前衛的後掠翼搭配前翼設計，目的是攔截高空的「B－29」轟炸機。在1945年（昭和20年）6月完成了第一架原型機，隨即在測試時出現多起意外長期待料，1945年8月首次試飛，八月中日本投降，故未參戰。機體編號為「J7W1」。
日本動畫家想像的自慰動畫

http://www.youtube.com/watch?v=il8pOSlAXIw

附件: 290px-A_prototype_of_J7W_Shinden.jpg (2014-12-19 14:53:17, 8.38 KB) / 下載次數 2
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