XF-12偵察機

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二戰中，共和飛機公司以P-47雷電戰鬥機而名聲大噪，從此奠定了共和戰鬥轟炸機粗獷皮實的風格，以至於航空迷們提起共和就會聯想到雷電、雷電噴射、雷公等如雷貫耳的綽號。但共和在二戰中開始研製的XF-12大型四發偵察機就少有人知了。

XF-12不但性能卓越，還一反共和產品粗獷的風格，具有優美的外形，連綽號也富於詩意：彩虹。該機安裝了四台普惠公司的超級星形發動機——R-4360巨黃蜂（Wasp Major），在氣動設計上極端優化，具有近乎完美的流線型外形，被稱為全四飛機 ——四發動機、巡航速度超過400英里/時（644公里/時）、航程4000英里（6437公里）、升限40000英尺（12192公尺）。彩虹是唯一能在平飛中達到724公里/時（450英里/時）的四發動機活塞螺旋槳飛機。


XF-12彩虹偵察機

起源

1943年美國陸軍航空隊在太平洋戰場上開始面臨難題，太平洋戰場的環境與北非、歐洲和亞洲都不同，戰機需要飛越廣袤無垠的海洋才能接觸到敵人。8月初陸航司令阿諾德提交了一份擊敗日本的戰略計劃，名為馬特洪峰行動，內容是使用B-29轟炸機對日進行戰略轟炸。在計劃中，B-29先從中國(中華民國)大陸地區基地出擊，對作戰半徑範圍內的日本重要目標進行轟炸，然後再從馬里亞納群島基地起飛對日本主要都市區進行轟炸。

馬里亞納基地是馬特洪峰行動重心，儘管美國海軍和海軍陸戰隊在太平洋戰場上取得了節節勝利，但只有馬里亞納群島適合起降巨大的超級空中堡壘。馬里亞納群島距日本本土的距離超過了1600公里，美國海軍航空母艦的艦載機都是航程有限的單發動機飛機，無法遂行對日本本土和偏遠目標的遠程偵察任務，而陸航現有的F-5、B-24及PBY水上巡邏機也無法滿足遠程偵察任務的需求，而空中照相偵察對B-29任務的製訂來說至關重要。


B-29從馬里亞納基地起飛向日本扔下了兩顆原子彈

1943年8月美國總統羅斯福之子，F-5（P-38偵察型）偵察機部隊的指揮官——埃利奧特•羅斯福上校建議陸航裝備專​​門設計的高性能偵察機，在對日最後一戰中用於轟炸前的目標選定和照相判讀、轟炸後的目標毀傷評估，並為指揮官是否實施後續轟炸提供依據。

1943年末萊特機場的美國陸航航空技術勤務司令部提出研製一種戰略偵察機，對性能的要求可以總結成“三個四”：巡航速度400英里/時、航程4000英里、升限40000英尺，只有這樣才能有效避免日本高砲和戰鬥機的攔截，提高任務成功率。共和飛機公司和休斯飛機公司響應了招標，休斯提交的雙發方案就像一架放大的P-38，共和的四發方案看起來卻像是縮小的B-29。

1944年3月陸航與兩家公司都簽訂了合同，各製造原型機進行對比試飛。休斯方案獲得了XF-11的編號，共和方案獲得了XF-12的編號，綽號“彩虹”。同時陸航還啟動了F-13項目，準備把一部分B-29改裝成偵察型作為過渡偵察機（後來編號改成RB-29）。

總體設計

共和當時正在全力生產P-47雷電，但公司的野心並不局限於單發動機的戰鬥機，想憑藉XF-12項目進軍波音、康維爾和道格拉斯三巨頭把持的大型多發運輸機和民航客機市場。共和公司創始人之一亞歷山大•卡特維利擔綱彩虹的總設計師，為了滿足陸航的性能需求，新型偵察機必須採用增壓座艙、高內油設計，為高空高速進行優化的高性能發動機，除此之外機身內還要滿載高空偵察照相機及支持系統。儘管雙發動機也能​​滿足性能要求，但為了保持與運輸型和客機的通用性，卡特維利執意採用四發動機佈局。


共和公司創始人之一亞歷山大•卡特維利

XF-12在氣動佈局上借鑒了先進的B-29，前三點式起落架，高展弦比機翼，極端流線的雪茄形機身。但XF-12的設計重點在突出高空高速性能，而不是大負載上，所以降低氣動阻力是關鍵。卡特維利和設計團隊先勾勒出一個具有近乎完美空氣動力學外形的機身，突出機身的只有兩根無線電天線、一個被導流罩包裹的無線電定向天線、以及一個氣泡式天文觀測窗。

XF-12主要的製造材料是高強度的75ST杜拉鋁，由於對飛機表面的光潔度要求十分苛刻，蒙皮全部採用平頭鉚釘鉚接。優雅的橢圓形垂尾與後來的F-84十分相似，同樣向下延伸形成一個小型腹鰭，腹鰭帶一個可收放防擦地尾撬。平尾的安裝位置較高，並有上反角，以避開機翼湍流。

彩虹的機頭近乎全部透明，兩片大型曲面風擋及後部的八扇舷窗為飛行員提供了極佳的視野。但在降落時由於迎角的關係，曲面玻璃會扭曲前方的景物，這時飛行員就要通過機鼻下方的五扇舷窗來看清跑道，此外在機頭正下方還有一扇垂直觀察舷窗。



彩虹的機頭近乎全部透明，兩片大型曲面風擋及後部的八扇舷窗為飛行員提供了極佳的視野

彩虹的懸臂式平直翼展弦比很高，在高空具有良好的空氣動力學效率，雙翼梁機翼帶6度上反，翼展39.34公尺。卡特維利預見到飛機在高速時遭遇的空氣壓縮效應會對飛行安全和性能產生不利影響，於是採用了層流翼型。機翼與機身的組裝繼承了共和戰鬥機的設計特點，就是把整體的機翼組件安裝在機身下方的大開口處，這樣連接點都垂直於機翼，可包覆進機身內，基本無需設計額外的整流罩，從而降低了重量和阻力。內翼段後緣安裝有大面積的雙縫襟翼，分為六片分佈在發動機艙之間，發動機艙之間的兩片面積最大。外翼段後緣安裝有帶大型調整片的副翼，所有操縱翼面都通過液壓動作筒驅動。

儘管彩虹的最大速度被限制在0.8馬赫，但由於氣動效率極佳，該機在淺俯衝時很容易就超越這一限制，需要及時減速。為了避免增加機身負荷，減速板安裝在機翼下表面，在超速時自動展開。機翼除了翼根段外，兩根翼梁間的空間都被用作整體機翼油箱，翼根段用於容納主起落架艙。因為機翼的厚度較薄，所以卡特維利被迫為主起落架安裝了直徑達1.78公尺的單個大機輪，主起落架向內收入機翼，雙輪前起落架向後收入前機身。除機翼油箱外，XF-12機身下半部分還有油箱，總內油容量達20839公升。

動力系統

卡特維利的團隊為彩虹設計了出色的動力系統。在發動機方面共和和休斯都選擇了普惠公司的R-4360巨黃蜂星形活塞發動機，巨黃蜂是普惠黃蜂家族的最後一個成員，是28缸、71.5公升排量、1540公斤重量、3000馬力級別的怪獸發動機，同樣是怪獸級的B-36和平締造者轟炸機也選用了這款發動機。

R-4360是普惠星形氣冷活塞發動機的巔峰之作，28個氣缸分為四排，後排氣缸都與前排稍稍錯開，從前向後的氣缸形成半螺旋形排列，這樣可以減小發動機的迎風面積，卻也帶來了後排汽缸冷卻不足的問題。每個汽缸體都是精密鑄造的，因為上面有密集排列的的散熱片，所以人稱“玉米芯”。R-4360與其他黃蜂發動機一樣具備高可靠性，但在維護方面的要求更高。比如不正確的啟動會燒壞全部56個火花塞，需要耗時數小時進行清潔和更換。與當時其他的活塞發動機一樣，R-4360在商用條件下的大修間隔時間是600小時。



R-4360巨黃蜂星形活塞發動機和雙GE BM-4-5廢氣渦輪增壓器的組合

彩虹每個發動機艙的長度都相當於一架P-47戰鬥機，在後半部分安裝了雙GE BM-4-5廢氣渦輪增壓器，在低速巡航時只使用其中一個。廢氣渦輪增壓器通過發動機排氣驅動離心式渦輪壓縮進氣，複雜的增壓裝置對高空飛行來說至關重要，因為高空空氣稀薄，只有增加進氣壓力發動機功率輸出才不會出現大幅下降。每個發動機艙內都有一個231公升的滑油箱。


彩虹每個發動機艙的長度都相當於一架P-47戰鬥機

發動機艙外形簡潔流線，除了槳轂罩後的環形進氣口外沒有多餘的進氣口。卡特維利為了把減阻進行到極致，放棄了傳統的發動機罩散熱氣流調節鰓片，因為鰓片張開後阻力較高，而採用了滑動式調節環方案，通過滑環的前後移動來調節排氣口縫隙的大小。因為R-4360的汽缸多達四排，所以只使用傳統被動式散熱方式的話，後排汽缸會過熱，為此在螺旋槳槳轂後安裝了環形主動散熱風扇，在滑動式散熱調​​節環完全關閉時，風扇的冷卻氣流全部從發動機艙尾部的排氣口排出，與發動機排氣管一道可以增加些許排氣推力。據研究XF-12在12192公尺高空巡航時，每個發動機艙的排氣可產生250等效馬力，使彩虹的R4360-31的總功率達到3500馬力。


卡特維利為了把減阻進行到極致放棄了，傳統的發動機罩散熱氣流調節鰓片，在螺旋槳槳轂後安裝了環形主動散熱風扇




據研究XF-12在12192公尺高空巡航時，每個發動機艙的排氣可產生250等效馬力

一開始XF-12打算採用與XF-11類似的六葉對轉螺旋槳，但因為過於復雜還是使用寇蒂斯電氣的傳統四葉螺旋槳。螺旋槳直徑4.93公尺，主減速器變速比0.375:1以避免螺旋槳槳尖超過音速，可逆槳反推。

發動機進氣、滑油冷卻器、渦輪增壓器的中冷器進氣口都整合在內外發動機艙間的機翼前緣，進氣口的長度佔翼展的25%。共和的設計師對綜合進氣口的進氣效率和輪廓式樣進行了廣泛的風洞測試，發現該進氣口與獨立進氣口相比降低了不少阻力，由於進氣口位於機翼前緣的高壓區域，在高速飛行時可以因衝壓效應獲得更大的進氣量和進氣壓力，從而使滑油冷卻器和中冷器獲得更高的冷卻效率，並且還可提​​高進氣壓力。流經各散熱器的熱空氣同樣通過尾部向後排出。

試飛

1945年共和的法明代爾工廠迎來了雷電生產的高峰，在P-47的掩護下，保持神秘面紗的彩虹進展迅速。儘管此時歐戰已接近尾聲，但仍看不到太平洋戰爭結束的希望，所以陸航向共和訂購了12架F-12。在陸航的絕密計劃中，F-12將用於對日戰略偵察任務，為轟炸日本的原子彈鋪路。



正在製造中的XF-12第一架原型機

但計劃趕不上變化，還未等XF-12服役陸航就扔了兩顆原子彈，迫使日本在1945年8月15日無條件投降。XF-12項目的緊迫性已大大緩解，儘管陸航保證裝備該機，但彩虹的未來還是充滿了不確定性，在這種情況下，第一架XF-12原型機44-91002在1945年12月終於出廠。



第一架XF-12原型機44-91002在1945年12月終於出廠


1946年2月4日，第一架XF-12原型機44-91002在紐約法明代爾進行首飛前的滑跑測試

同月共和獲得了陸航關於研製XF-12民用型的許可，泛美總裁胡安•特里普看到了彩虹的巨大潛力，其無與倫比的速度飛紐約-洛杉磯航線的話僅耗時七小時，紐約-倫敦航線耗時九小時。XF-12的客機型編號為RC-2。

1946年1月共和對XF-12進行了大量地面測試，並於月底獲得首飛授權。2月4日洛厄•巴拉漢姆駕駛44-91002進行了首飛，副駕駛是巴德•哈斯，隨機工程師詹姆斯•克里默。在完成了工廠試飛後，1947年6月XF-12離開法明代爾前往俄亥俄州的萊特機場，由美國空軍接手試飛。在接下來試飛中，儘管R-4360問題不斷，XF-12還是表現出了卓越的性能，起飛重量45995公斤時的滑行距離1298公尺，初始爬升率670公尺/分，最大飛行高度達到13716公尺，最大速度達到765公里/時，航程超過7242公里，這些都超過了設計目標。彩虹在半徑2824公里的任務中平均速度可達621公里/時，任務總耗時九小時。依靠極佳的高空高速性能，彩虹可以在當年的敵國領空自由飛行，如入無人之境。


2月4日洛厄•巴拉漢姆駕駛44-91002進行了首飛


試飛中的XF-12原型機44-91002

彩虹在降落時通過螺旋槳的逆槳反推，可縮短滑行距離。XF-12過剩的動力不僅使彩虹可做出更具攻擊性的飛行機動，還降低了發動機故障時的危險性。彩虹是當時功率重量比最高的活塞多發動機飛機，只用三發動機就能維持512公尺/分的海平面爬升率，雙發動機爬升率還有98公尺/分，甚至單發動機還能維持240公里/時的平飛速度。


XF-12 44-91002留下的難得的彩照

1947年7月10日試飛員威廉•埃利奧特在法明代爾機場駕駛XF-12進行滿載降落試飛，在一次故意的硬著陸時，右側主起落架折斷，憑藉發動機的強大功率，埃利奧特在螺旋槳觸地前就拉起復飛，他爬升至安全高度，在空中盤旋幾個小時以耗光燃油，這一方面可以降低著陸重量，另一方面可以減小擦地時起火的機率。燃油耗光後埃利奧特決定只用前起落架和左側主起落架降落，為了在觸地時不會因右翼擦地導致打轉，接地速度很高以保證右翼升力。彩虹最終安全降落，但飛機在事故中嚴重受損，右翼梁斷裂，三號和四號發動機及螺旋槳因與擦地而全部報廢。共和最終修好了這架飛機，使其重返藍天。不過該機在返回萊特機場後不久又再次受損。這次是因為拖車入庫時撞到了機庫大門。

與44-91002一樣，第二架XF-12 44-91003的完工時間也大大拖延了。1947年8月12日巴德•哈斯駕駛該機進行了首飛，副駕駛是皮特•科林斯，隨機工程師是詹姆斯•克里默。44-91003與44-91002在外觀上的唯一區別就是在發動機罩上半部分增加了散熱鰓片，但內部的完成度更高，有完善的七人機組增壓艙。在正副飛行員後面是飛行機械師和導航員，主增氧艙內還有三名任務專家。在12200公尺高空時，增壓艙內部相當於3000公尺高度。44-91003不僅安裝了全套的照相偵察設備，還安裝了完善的通訊和導航設備，部分B-29上的電子戰設備，甚至在機腹還有一個可伸縮的搜索雷達吊艙。


1947年7月，第二架XF-12 44-91003出廠


第二架XF-12的首飛機組，左邊是巴德•哈斯，中間是皮特•科林斯，右邊是詹姆斯•克里默


共和公司的員工們和XF-12 44-91003合影


首飛中的XF-12 44-91003，剛一起飛就收起了起落架

後機身有三個獨立的相機站，通常第一個站位安裝一台垂直長焦相機，第二個站位安裝雙傾斜垂直相機，第三個站位安裝三鏡頭相機系統，系統中的三個獨立的相機都有各自的照相窗口。三鏡頭相機可以同時拍攝大面積的寬視場地面照片，雙傾斜垂直相機可拍攝地面的三維立體照片，所有相機都是六英寸焦距的菲爾柴爾德K-17，都配備了電動滑動式照相窗口蓋，收入機身內部，照相機鏡頭有電加熱以避免圖像失真。


垂直長焦相機


雙傾斜垂直相機


兩個相機站之間的操作員座椅

在飛行中任務專家可以很方便地對相機進行維護或更換膠卷，此外XF-12在艙室右側還有安裝了包括完整暗房在內的全套沖印設備，可在飛行中沖印照片，增強型可調貨架可收納任何尺寸的照片及照相設備，情報部門在飛機降落後能獲得新鮮出爐的照片。

為了進行夜間偵察，XF-12的一號相機站前方有一個小照明彈艙，可投放18枚AN/M-46高亮度照明彈，照明彈艙的艙門也是滑動式的，收入機身內，所以在打開時不會產生過多的阻力。


XF-12上的照相機和照明彈操作面板

由於兩架原型機存在巨大的差異，所以第一架XF-12主要承擔氣動和結構試飛，第二架XF-12用於設備試飛。1947年末美國空軍把訂單削減為6架，因美國空軍成立後修改了編號規則，所以XF-12的編號被改為XR-12。

彩虹試飛經歷中最成功的部分就是鳥眼行動，旨在展示XF-12無與倫比的偵察能力。1948年9月1日第二架XR-12從加州穆洛克的美國空軍試飛中心起飛，一路向西爬升到太平洋上空。達到12192公尺的巡航高度後XR-12掉頭向東橫穿美國本土並拍攝整條航線下方的區域。乘員持續拍攝了99公尺長的膠卷，裡面包含390副照片，覆蓋了航線下方790公里寬的區域。最終飛機降落在紐約長島加登城的米契爾機場，飛行持續了6小時55分，平均速度581公里/時。1948年11月29日《生活》雜誌對這次破紀錄飛行進行了報導，1948年在紐約空軍協會年會展示了鳥眼行動的照片。


民用型

彩虹的客機型RC-2一開始進展順利。在第一架XF-12首飛後不久，美國航就率先訂購了20架RC-2，泛美航緊隨其後訂購了6架，外加12架意向訂貨。RC-2的機身從XF-12的28.58公尺增加到30.01公尺，為此在前機身增加了延長段。XF-12的花房透明機鼻也被堅實的帶風擋的金屬機鼻所取代，此外還增加了載油量，發動機更換為低空功率更大的R-4360-59，取代了空軍型的R-4360-31，GE增壓器減少為每發動機一個。客機可搭載46名乘客和7名機組，具有全海平面增壓、空調座艙，帶有全電廚房可提供熱食，還具備空中休息室。RC-2的重量從XF-12的45995公斤增加到了52844公斤。由於去掉了一個增壓器，再加上增重，所以RC-12的性能有小幅下降，但也可以在12192公尺的巡航高度以644公里/時的巡航速度飛行5552公里。


泛美塗裝的RC-2客機


RC-2客機的客艙佈置

由於戰後的民航市場沒有出現預計中的井噴式增長，所以高速的RC-2只能被航空公司視為無法承受的奢侈品。RC-2在經濟效益上競爭力不足，洛克希德星座和道格拉斯DC-6的載客量更大，每英里的運營成本更低。雪上加霜的是，隨著二戰的結束，大量剩餘的軍用運輸機湧入民航市場，如C-54空中霸王。這些軍用運輸機可以很容易地改裝為客機，比採購新客機省錢多了。1947年2月美國航決定取消20架RC-2的訂單，此時共和已經完成了90%的RC-2工裝的製造，儘管能因美國航的違約罰款而收回部分投資，而且泛美的6架訂單仍然有效，但還是要繼續出售26架RC-2才能回本。泛美無力獨自承擔RC-2的研製費用，最後被迫取消了訂單，RC-2項目最後無疾而終。


RC-2客機三面圖

尾聲

1948年10月XR-12被移交給佛羅里達州埃格林空軍基地的第3200驗收測試大隊進行作戰評估。偵察機部隊都急切想獲得彩虹，當時他們裝備的RB-29和RF-80都改裝自現有飛機，RB-29有航程沒速度，RF-80有速度沒航程。美國空軍和國務院看中了XR-12的情報收集潛力，在安裝全天候設備、換裝提高短時突發功率的新發動機後，R-12可在白天或惡劣氣候條件下執行遠程高速偵察任務。舉個例子，XF-12從北方基地（阿拉斯加或者加拿大）起飛，可對蘇聯北極地區的廣袤區域進行偵察。在1948年XR-12仍是最理想的偵察平台，該機一進駐埃格林空軍基地就引起了各方的關注，這種情形使共和重拾了對彩虹項目的信心。

但不幸的是，1948年11月7日第二架原型機在埃格林的第二次試飛就出了事故，當時44-91003在完成照相穩定性試飛返航進場時，轉速變顯示二號發動機（左翼內側）仍在全速運轉，就在飛行工程師向飛行員報告險情時，二號發動機就爆炸了。由於劇烈的振動，飛行員無法操縱飛機，只能命令乘員跳傘。XR-12最後墜落在基地以南三公里的查克托哈齊灣，最終埃格林基地的救生艇和直升機救出了七名乘員中的五人，其中包括飛行員林恩•亨德里克斯，弗農•帕爾默士官和維克多•里貝裡士官長喪生，44-91003在墜毀時的總飛行時數為1300小時。

44-91003墜毀後美國空軍突然停止了整個XR-12項目。就在事故後不久休斯的XR-11就抵達了埃格林基地展開試飛。XR-11的高空性能讓人印象深刻，但多功能性和速度性能不及彩虹。第一架XR-12獨自承擔試飛任務，該機在1949~1952年間只繼續飛行了117架次。隨著時間的推移，現有的RB-29和RB-50已經能滿足美國空軍的遠程照相偵察需求，未來還有劃時代的噴氣式RB-47，XR-12的重要性越來越低，最終美國空軍取消了XR-11和XR-12項目。1952年6月44-91002退役，最後被拖到馬里蘭州阿伯丁試驗場作為靶子。

如果XF-12在1944年就能量產的話，陸航無疑會大批訂購該機，由於製造成本的降低，順便也會改變其民用型的命運。具有優美線條和卓越性能的XF-12最終湮沒在航空史中。不管怎樣，彩虹可謂多活塞發動機飛機的終極之作。